JPH05293035A - 加熱調理容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヒートパイプ式の加熱調理容器における上下
方向の加熱ムラを防止すること、およびヒートパイプの
動作を確実に行わせることを目的とする。 【構成】 容器側面上部の密閉空間内に熱抵抗層を設け
た。また、ヒートパイプの作動液としてプロピレングリ
コールを用いた。 【効果】 ヒートパイプ式の加熱調理容器においても容
器側面の加熱を抑え、内容器底面を強く加熱して被加熱
物を対流させることにより加熱温度の均一化が計れる。
また、性能面・圧力面・安全面で実用的なヒートパイプ
を形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、炊飯器などに用いる
ヒートパイプ式の加熱調理容器、さらに詳しくは該容器
の構造および作動液に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】炊飯器などの調理容器では、加熱温度分
布の改善を計るため、いわゆるヒートパイプ式の加熱調
理容器が各種提案されている。このヒートパイプ式の加
熱調理容器は、密閉された二重壁構造を成し、その外容
器と内容器との間の密閉空間に、温度差によって気体〜
液体に相変化する純水などの作動液が封入されており、
加熱調理時においては、熱源から加えられる熱で外容器
底部の作動液を蒸発気化させ、この蒸気を内容器の壁面
で凝縮させて内容器全体に熱を均一に伝達させ、加熱温
度の均一化を計り、加熱ムラのない炊飯が行えるように
なっている。

【０００３】図４は、例えば特公昭６３−３９２４７号
公報「煮炊器」で開示された従来の加熱調理容器の構成
を示す断面図で、図において、１はステンレス板等をプ
レス成形した外容器、２は同じく内容器を示し、外容器
１と内容器２とは上端部３で気密溶接され、外容器１と
内容器２との間には真空排気された密閉空間４が形成さ
れている。

【０００４】５は外容器１の底面の外周部に形成された
液溜部、６は純水などの作動液で、密閉空間４に適量封
入され通常は液溜部５に溜っている。７ａは内容器２の
密閉空間４側の底面に密閉された空間を形成するように
取り付けられた熱抵抗板、８は内容器２の側面・底面か
らなる凝縮部、９は外容器１の底面の蒸発部、１０は内
容器２内に収納された水と米からなる被加熱物を示す。

【０００５】従来の加熱調理容器は上記のように構成さ
れ、電気ヒータ等の熱源（図示せず）により蒸発部９が
下方より加熱されると、液溜部５に溜っていた作動液６
が加熱されて沸騰・蒸発し、蒸気化した作動液６が外容
器１と内容器２との間の密閉空間４内に拡散して、温度
の低い（圧力の低い）凝縮部８で凝縮・液化し、凝縮潜
熱を内容器２に伝える。この作動液６の凝縮は、凝縮部
８のより温度の低い部分で多量に起こるため、結果的に
内容器２の温度分布を均一にできる。そして、内容器２
で凝縮した作動液６は、自重により落下して液溜部５に
溜り、再び蒸発部９で加熱されて蒸気化され、内容器２
の温度の低い部分を加熱し、このサイクルが繰り返され
て内容器２内の被加熱物１０を均一に加熱する。

【０００６】なお、内容器２の底面には熱抵抗板７ａが
取り付けられているため、この部分の凝縮潜熱は熱抵抗
板７ａと内容器２との間に形成された空間による熱抵抗
層を介して被加熱物１０に伝達される。したがって、こ
の熱抵抗により熱抵抗板７ａの表面温度は、その他の凝
縮部８に比べ高温になり、作動液の単位面積当りの凝縮
量が減少し、伝熱量が小さくなる。そのため内容器２全
体では底面より側面の方が強く加熱される構造となって
いる。

【０００７】この理由は、例えば炊飯を行う場合、内容
器２内に米と適量の水とを入れて加熱を開始するが、炊
飯時には内容器２内の熱水が米に吸収されたり蒸発した
りしてしまうため、水位が徐々に低下して行き、この結
果、内容器２内の下部に位置する米ほど長時間熱水に浸
され、より多く加熱されることになり、逆に上部に位置
する米ほど受ける熱量が少なくなり、上下方向でいわゆ
る炊きムラが生じる。このような理由から熱抵抗板７ａ
を設け、下部の加熱量を少なくし、炊きムラを防止する
こととしている。

【０００８】然しながら、実際に熱抵抗板７ａを設けて
いないヒートパイプ式の加熱容器で炊飯時における被加
熱物の温度分布を詳細に測定してみると、必ずしも上述
のような現象は起こらず、逆に上部に位置する米ほど強
く加熱されてしまう現象が生じる。これは以下のような
自然対流が阻害されてしまうことが原因する。

【０００９】例えば通常の一重の容器で単一流体（例え
ば、水だけ）を加熱する場合、容器の底面のみを加熱し
た場合には、流体の上下の温度差による比重の差により
加熱面近傍の高温の流体は上昇し、上部の低温の流体は
下降するという自然対流が活発に発生し、この攪伴作用
によって全体をほぼ均一な温度で加熱することができ
る。

【００１０】然しながら、容器の底面と側面とを同じ温
度で加熱した場合、底面の加熱面近傍の高温の流体は上
昇するが、側面部も加熱されているため側面に沿った下
降流が起こらず、自然対流が阻害されて、上部は熱く下
部が冷たいという上下方向に温度傾斜のついた温度分布
になり加熱ムラが生じる。また、炊飯においては被加熱
物が米と水の混合物であるため、米粒により水の対流が
妨げられてしまい、単一流体のように大きな対流が起こ
らず、下部のヒータ直上部が局部的な高温、中心部が低
温、上部が中程度の温度で加熱される加熱ムラが生じ
る。

【００１１】ヒートパイプ式の調理容器を用いて内容器
２の底面と側面とを同じ温度で加熱する場合、上述した
通常の容器で加熱を行う場合より加熱ムラを抑えること
ができるが、側面が底面と同程度に加熱されるため側面
部での下降流が発生しずらく自然対流が阻害され、図５
に示すように、上部が高温、中心部が低温、下部が中程
度の温度で加熱される加熱ムラが発生する。したがって
内容器２の底部に熱抵抗板７ａを設けても現実には炊き
ムラを防げず、逆に上下の温度差を拡大してしまうこと
が解る。

【００１２】また、従来のヒートパイプ式の加熱調理容
器のもう１つの問題点は作動液６の選定にある。すなわ
ち、食品を加熱する炊飯器等の加熱調理容器用の作動液
６では、その選定に当り次のような項目が要求される。 (1) ．蒸発と凝縮のサイクルを繰り返すヒートパイプの
作動液としての基本的な物性値。例えば、沸点・凍結点
・蒸発凝縮潜熱・比熱・比重・粘度・表面張力など。 (2) ．蒸気圧。通常使用される温度領域および異常使用
時の温度に対応する圧力。容器の機械的強度設計に関係
する。 (3) ．安全性。内容器２に腐食等により穴があいて、被
加熱物１０に液が混入した場合の人体に対する食品安全
性。また、穴から外へ漏れた場合の引火性、高温部との
直接接触による毒性物質への変質。さらには、廃却時の
地下水の汚染、大気の汚染（例えばオゾン層の破壊）。 (4) ．寿命。外容器１、内容器２等の金属材料に対する
腐食性。また、その結果生じる有害な非凝縮性ガスの発
生（このガスにより作動液６の蒸気の移動が妨げられ、
正常なサイクルが成り立たなくなる）。また、熱的安定
性。 (5) ．価格と入手性。

【００１３】ヒートパイプの作動液としては、従来から
その使用条件に応じて各種の物質が提案され、また実用
化されているが、この種の食品加熱用の調理容器として
の実用例は未だ殆どなく、純水やフロン系統の物質が一
部提案されているにすぎない。純水は、ヒートパイプの
動作液としては最も多く使われ、基本的な物質性、安全
性、寿命、価格と入手性に関しては申し分ないものであ
るが、加熱調理容器用として用いるには蒸気圧の点で大
きな問題点がある。例えば、炊飯器の場合、蒸発・凝縮
の温度は通常の場合、室温（水温）から１００℃、内容
器２内の水分が枯れてヒータを停止するドライアップ時
の温度で約１２０℃であるが、制御器の故障等を考慮す
ると温度ヒューズを動作させる１５０℃くらいの温度領
域を考慮する必要がある。純水の蒸気圧は１００℃で１
０１．０ＫＰａであり、これ以下では密閉空間４の圧力
は負圧（大気圧以下）、これ以上では正圧となり、１２
０℃で１９９．１ＫＰａ、１５０℃で４７５．６ＫＰａ
となり、１００℃以上では温度上昇に伴い急激に圧力が
上昇する。１２０℃に相当する圧力程度なら通常の耐圧
容器の設計で十分対応できるが、１５０℃に耐え、かつ
容器の操作性（重量）を考えると、純水の使用は現実的
でなくなる。

【００１４】また、フロン系統の作動液も、毒性の低
さ、化学的安定性、不燃性等の特性を持つためヒートパ
イプにおいては各種実用化されているが、塩素・フッ素
・炭素からなるＣＦＣの塩素原子が、成層圏のオゾン層
の破壊に関係しているという学説が発表され、現在その
使用が規制されている。さらに、フッ素を主体とするが
塩素を含まない、パーフロロカーボンもフロンに代わる
有力な作動液と考えられるが、高温加熱時における毒性
物質の生成と価格の点で実用化は困難である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、従来の加熱調理容器では内容器の底面に熱抵抗板
を取り付ける構造としているため、上下方向の加熱温度
ムラを防ぐことができず、いわゆる炊きムラを防止でき
ない点にあり、また、熱抵抗板をヒートパイプ内に形成
する構造のため製造が難しく、コスト高になる。また、
その作動液にあっては、ヒートパイプとしての熱的性能
と、その他の実用的な性能を両立するものではなかっ
た。

【００１６】この発明はかかる課題を解決するためにな
されたもので、簡単な構造で上下方向の加熱温度ムラを
防ぎ炊きムラを防止でき、ヒートパイプの動作が確実な
加熱調理容器を得ることを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる加熱調
理容器は、外容器と内容器との間の密閉空間上部に熱抵
抗層を設けることを最も主要な特徴としている。

【００１８】また、この熱抵抗層の大きさが加熱工程に
おいて可変する構成としたことを特徴としている。

【００１９】また、熱抵抗層を、容器側面上部の密閉空
間を実質上無くす手段により形成したことを特徴として
いる。

【００２０】さらに、密閉空間にプロピレングリコール
を封入して作動液としたことを特徴としている。

【００２１】

【作用】この発明の加熱調理容器では、外容器と内容器
との間の密閉空間上部に熱抵抗層を形成すべく非凝縮性
のガスを封入することにより、加熱工程において作動液
の蒸気圧により非凝縮性ガスの体積を変動させながら主
として内容器の底面から被加熱物を加熱することが可能
となる。

【００２２】また、外容器と内容器との間の密閉空間上
部を、容器の形状により部分的に空間をなくす構成とす
ることにより、被加熱物の加熱を内容器底面に集中させ
ることが可能となる。

【００２３】さらに作動液としてプロピレングリコール
を用いることにより、作動液としての熱的性能と実用上
の条件を満足させ、ヒートパイプの動作を確実に行わせ
ることが可能となる。

【００２４】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例を図面を用いて説明
する。図１はこの発明を炊飯器の釜に応用した実施例１
を示す断面図で、図において、図４と同一符号は同一又
は相当部分を示す。なお、本実施例では内容器２の形状
を外容器１と略同一形状としており、７は熱抵抗層で、
この熱抵抗層７は窒素ガスなどの非凝縮性のガスを密閉
空間４に所定量封入することで形成される。

【００２５】すなわち、密閉空間４に封入された非凝縮
性のガスは、加熱時には気化した作動液６の蒸気との比
重差により上方へ押し上げられ、図１に示すように外容
器１と内容器２で構成された密閉空間４の側面上部に位
置し、熱抵抗層７を形成する。また、熱抵抗層７を形成
する非凝縮性のガスは、作動液６の動作温度（動作圧
力）によりその体積が変化するので、炊飯開始時の常温
において内容器２の側面部全体が非凝縮性のガスで覆わ
れるように封入量を調節している。

【００２６】６は高純度に精製されたプロピレングリコ
ール（Ｃ₃ Ｈ₈ Ｏ₂ ）からなる作動液で、密閉空間４内
に適量封入されている。このプロピレングリコールは、
食品添加物に指定されている毒性のない物質で、常温常
圧では高粘度で透明な液状物質である。そして、他の作
動液と同様に、ヒートパイプ内で液体と気体の間で相変
化を繰り返す性質を持つ。その沸点は大気圧下では１８
８℃で、蒸気圧は１００℃で３．９ＫＰａ、１２０℃で
８．８ＫＰａ、１５０℃で３１．４ＫＰａであり、炊飯
器として用いる場合、密閉空間４内の圧力はたえず負圧
となる。したがって、外容器１と内容器２の容器設計は
負圧のみを考慮して設計すればよく、薄肉形状とするこ
とができる。また、プロピレングリコールは、金属材料
との化学反応もほとんどなく、さらに、廃却時の環境へ
の問題もなく、価格も安い。なお、プロピレングリコー
ルは、液体としての粘度が純水等に比べ高いため、凝縮
部８から蒸発部９への液の環流のため、密閉空間４のエ
アーギャップ等を工夫する必要がある。

【００２７】本実施例１における加熱調理容器は以上の
ように構成され、蒸発部９が加熱されることにより、作
動液６としてのプロピレングリコールが沸騰・蒸発し、
内容器２の底面の凝縮部８で液化して凝縮潜熱により内
容器２を加熱する。また、蒸気化した作動液６の蒸気
は、非凝縮性のガスにより、内容器２の側面の凝縮部８
への移動が妨げられるため、加熱の初期段階では内容器
２の底面から被加熱物１０を平均的に加熱する。したが
って加熱された水は米粒の間を通って自然対流し、熱を
十分上部に伝えるため、上下方向における加熱温度ムラ
の発生を防ぐことができる。

【００２８】炊飯工程において加熱が進行すると、被加
熱物１０の温度上昇に伴い密閉空間４の圧力が上昇し、
上述のように非凝縮性のガスは体積を減少させ、密閉空
間４の上部へ追いやられる。したがって作動液６が凝縮
する凝縮部８が、内容器２の側面にも徐々に拡大し、最
終的には凝縮部８で被加熱物１０全体を包み込むように
なり、均一な温度で加熱が行われる。

【００２９】このように本実施例では、炊飯初期には内
容器２の底面からの強い加熱により、対流を促進しなが
ら加熱し、炊飯の中期には凝縮部８を徐々に拡大しなが
ら加熱し、炊飯の後期には凝縮部８で全体を包み込むよ
うに加熱することができ、上下の温度差の小さい均一な
加熱温度で被加熱物１０を加熱調理することができる。

【００３０】実施例２．上記実施例１では、容器側面上
部に熱抵抗層を形成する手段として、非凝縮性のガスを
用いているが、熱抵抗層を形成する手段としては、上記
実施例１に限定されるものではない。図２は、熱抵抗層
を形成する他の実施例を示す図で、図２に示すように、
外容器１と内容器２とで構成される密閉空間４を、内容
器２の側面上部の直径を広げ外容器１の上部側面と密着
させることにより部分的に無くし、作動液６の蒸気の上
昇を阻止することにより実質的に熱抵抗層を形成したの
と同様の構成としている。

【００３１】本実施例２では、凝縮部８は内容器２の側
面下部と底面に限定され、被加熱物１０は主として下方
から加熱される。なお、被加熱物１０の上部の加熱は、
内部の水の対流と、内容器２の伝導伝熱によって行われ
る。

【００３２】実施例３．図３は、熱抵抗層を形成するさ
らに他の実施例を示す図で、図に示すように、外容器１
はその側面下部において切断されており、ここで内容器
２と気密溶接されている。

【００３３】本実施例３では、外容器１で囲まれた部分
のみがヒートパイプ部となり、作動液６による側面上部
加熱は全く無くなる。

【００３４】さらに、上記実施例１〜３に限定されず、
容器の側面上部への作動液６の蒸気の移動を防止する手
段として、密閉空間４内に作動液６の蒸気の上昇を部分
的に抑制するような障害物、例えば金網のようなものを
設けても同様の効果を奏する。なお、この場合には障害
物によって作動液６が一部ホールドされるため、封入量
をあらかじめ最適化しておく必要がある。上記何れの場
合においても、凝縮部８の面積を炊飯工程を通じて一定
にすることができる。

【００３５】なお、上記実施例では、この発明の加熱調
理容器を炊飯器の釜に利用する場合について述べたが、
その他の調理用の容器にも利用できることは言うまでも
ない。

【００３６】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００３７】容器側面上部に熱抵抗層を設けることによ
り、内容器底面からの加熱量を増大させることができ、
自然対流を活発化させて被加熱物を均一な温度で加熱す
ることができる。

【００３８】また、熱抵抗層に非凝縮性のガスを用いる
ことにより、凝縮部の面積を加熱工程において可変で
き、加熱初期には主として底面から、加熱中期には徐々
に加熱面積を拡大し、加熱後期には全面から加熱するこ
とができ、被加熱物の加熱温度をより一層均一化でき
る。

【００３９】また、容器側面上部の密閉空間を実質上無
くして熱抵抗層を持たせることにより、簡単な構成で加
熱ムラの解消が計れ製造も容易になる。

【００４０】さらに、作動液にプロピレングリコールを
採用することにより、熱的性能と実用上の条件を満足し
たヒートパイプを形成することがができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す断面図である。

【図２】この発明の実施例２を示す断面図である。

【図３】この発明の実施例３を示す断面図である。

【図４】従来の加熱調理容器の構成を示す断面図であ
る。

【図５】従来の加熱調理容器の被加熱物の温度分布を示
す等温線図である。

【符号の説明】

１ 外容器 ２ 内容器 ４ 密閉空間 ６ 作動液 ７ 熱抵抗層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外容器と内容器との間に密閉空間が形成
   され、この密閉空間に作動液が封入されたヒートパイプ
   式の加熱調理容器において、 上記容器側面上部に熱抵抗層を設けたことを特徴とする
   加熱調理容器。
2. 【請求項２】 上記熱抵抗層を上記作動液の動作圧力に
   よりその体積が変化する非凝縮性のガスを用いて形成し
   たことを特徴とする請求項第１項記載の加熱調理容器。
3. 【請求項３】 上記熱抵抗層は、上記容器側面上部の密
   閉空間を実質上無くす手段により形成したことを特徴と
   する請求項第１項記載の加熱調理容器。
4. 【請求項４】 上記密閉空間にプロピレングリコールを
   封入して上記作動液としたことを特徴とする請求項第１
   項記載の加熱調理容器。