JP6737606B2

JP6737606B2 - 誘導加熱式の蒸気発生装置

Info

Publication number: JP6737606B2
Application number: JP2016033350A
Authority: JP
Inventors: 竹田　幸正; 幸正竹田
Original assignee: HOSHIZAKI KABUSHIKI KAISHA
Current assignee: HOSHIZAKI KABUSHIKI KAISHA
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2020-08-12
Anticipated expiration: 2036-02-24
Also published as: JP2017150735A

Description

本発明は、スチームコンベクションオーブン等に用いる誘導加熱式の蒸気発生装置に関する。

下記の特許文献１には、スチームコンベクションオーブン等の加熱調理器に用いる蒸気発生装置が開示されている。この蒸気発生装置は、所定量の水を貯えて蒸気を発生させる蒸気発生容器と、蒸気発生容器の外周に巻回された誘導加熱コイルと、蒸気発生容器内に収容されて誘導加熱コイルに高周波電流を供給することで発熱する加熱体と、誘導加熱コイルに高周波電流を供給する高周波電流供給回路と、高周波電流供給回路の作動を制御して誘導加熱コイルに高周波電流の供給を制御する制御装置とを備えている。蒸気発生容器内の加熱体は誘導加熱コイルに高周波電流が供給されたときに発生する磁界の影響によって渦電流が流れ、渦電流が流れたときに発生するジュール熱によって周囲の水を加熱して蒸気を発生させている。

特開２０１５−０１７７４７号公報

上述した特許文献１の蒸気発生装置では、蒸気発生容器内の水は隣接して設けた水位検知タンク内の水位センサを用いて所定量となるように制御されているものの、水位センサの故障等によって蒸気発生容器内に水が適切に供給されないと、蒸気発生容器内で加熱体が空焚きとなって過熱状態となるおそれがある。蒸気発生容器内で加熱体の温度がキュリー温度を超えると、加熱体は磁性を失うことで流れる渦電流が減少し、高周波電流供給回路はインピーダンスの低下によって過電流が発生するおそれがあり、高周波電流供給回路が過電流によって故障するおそれがあった。これを防ぐために、高周波電流供給回路から供給される高周波電流が出力に応じた通常電流の所定割合（例えば１３０％）より大きなしきい値を超えたときに、加熱体が空焚きによってキュリー温度を超えた過熱状態となったことを検知し、高周波電流供給回路から誘導加熱コイルへの高周波電流の供給を停止させるように制御している。

しかし、蒸気発生容器内に水（湯）が十分あるにも関わらず、蒸気発生容器内にて加熱体の周囲に蒸気膜が形成されると、蒸気発生容器内の水は加熱体の周囲の蒸気膜との接触面で沸騰する膜沸騰となり、加熱体は蒸気発生容器内の水と熱交換されにくくなって過熱状態となることがあった。この場合、加熱体の温度上昇が空焚きのときよりも緩やかであるので、加熱体の温度がキュリー温度を超えるまで上昇するのに空焚きのときより長くなり、高周波電流供給回路からの高周波電流が上述したしきい値まで上昇するまでに高電流の状態が長時間で維持されることになって、高周波電流供給回路が異常発熱によって故障するおそれがあった。これに対して、高周波電流供給回路を構成するトランジスタを大きくするか、放熱器または冷却ファンを大型化させることで異常発熱による故障をある程度回避できるものの、コストが大幅に高くなる問題がある。本発明は、誘導加熱式の蒸気発生装置において、高周波電流供給回路のコストを増加させることなく、高周波電流供給回路が異常発熱による故障を生じにくくすることを目的とする。

上記課題を解決するために、所定量の水を貯えて蒸気を発生させる蒸気発生容器と、蒸気発生容器の外周に巻回された誘導加熱コイルと、蒸気発生容器内に収容されて誘導加熱コイルに高周波電流を供給することで発熱する加熱体と、誘導加熱コイルに高周波電流を供給する高周波電流供給回路と、高周波電流供給回路から誘導加熱コイルに供給される電流を測定する電流計と、高周波電流供給回路の作動を制御して誘導加熱コイルに高周波電流の供給を制御する制御装置とを備え、制御装置は、電流計により測定される測定電流値が高周波電流供給回路から供給される電力の出力に応じて通常流れる出力対応電流値より高く設定されて、加熱体がキュリー温度を超えた過熱状態となったときの第１しきい値を超えたときに、加熱体がキュリー温度を超えた過熱状態となったことを検知して、高周波電流供給回路から誘導加熱コイルに高周波電流の供給を停止させるように制御する誘導加熱式の蒸気発生装置であって、制御装置は、電流計により測定される測定電流値が出力対応電流値より高く第１しきい値に上昇する前の値として設定された第２しきい値を超えたときに、高周波電流供給回路から誘導加熱コイルに供給する高周波電流の出力を一時的に低下させるように制御したことを特徴とする誘導加熱式の蒸気発生装置を提供するものである。

上記のように構成した誘導加熱式の蒸気発生装置においては、電流計により測定される測定電流値が高周波電流供給回路から供給される電力の出力に応じて通常流れる出力対応電流値より高く設定されて、加熱体がキュリー温度を超えた過熱状態となったときの第１しきい値を超えたときに、加熱体がキュリー温度を超えた過熱状態となったことを検知して、高周波電流供給回路から誘導加熱コイルに高周波電流の供給を停止させるように制御することで、高周波電流供給回路に過電流が発生するのを防ぐことができるとともに、蒸気発生容器内が空焚きとなるのを防ぐことができる。

しかし、蒸気発生容器内にて加熱体の周囲に蒸気膜が形成されたときには、加熱体の熱が蒸気膜によって蒸気発生容器内の水と熱交換されにくくなり、加熱体の温度は空焚きのときよりもゆっくりとであるが上昇する。このとき、電流計により測定された測定電流値が第１しきい値を超えるまでに、高周波電流供給回路から高周波電流が高電流で長時間流れ、高周波電流供給回路が異常発熱するおそれがある。これに対し、本発明の蒸気発生装置では、電流計により測定される測定電流値が出力対応電流値より高く第１しきい値以下で第１しきい値に上昇する前の値として設定された第２しきい値を超えたときに、高周波電流供給回路から誘導加熱コイルに供給する電力の出力を一時的に低下させるように制御した。これにより、加熱体の周囲に蒸気膜が形成されても、加熱体の発熱が一時的に抑えられることにより、蒸気発生容器内にて加熱体の周囲に生成された蒸気膜が消滅し、加熱体が周囲の水（湯）と熱交換されて、高周波電流供給回路からの高周波電流が高電流で長時間維持されないようになり、高周波電流供給回路が異常発熱となるのを防ぐことができた。

本発明の誘導加熱式の蒸気発生装置の概略図である。出力対応電流値、第１しきい値及び第２しきい値を示すグラフである。

以下に、本発明の誘導加熱式の蒸気発生装置は主としてスチームコンベクションオーブン等の加熱調理器に内蔵されるものである。図１に示したように、誘導加熱式の蒸気発生装置１０（以下、単に蒸気発生装置１０とも記載する）は、所定量の水を貯えて蒸気を発生させる蒸気発生容器２１と、蒸気発生容器２１の外周に巻回された誘導加熱コイル３１と、蒸気発生容器２１内に収容されて誘導加熱コイル３１に高周波電流を供給することで発熱する加熱体３２と、誘導加熱コイル３１に高周波電流を供給する高周波電流供給回路４１と、高周波電流供給回路４１から誘導加熱コイル３１に供給させる電流を測定する電流計４２と、高周波電流供給回路４１の作動を制御して誘導加熱コイル３１に高周波電流の供給を制御する制御装置４３とを備えている。

この蒸気発生装置１０においては、蒸気発生容器２１内の加熱体３２がキュリー温度を超えた過熱状態となって、高周波電流供給回路４１に過電流が発生するのを防ぐために、制御装置４３は、電流計４２により測定される測定電流値が出力に応じた出力対応電流値より高く設定した第１しきい値を超えたときに、加熱体３２がキュリー温度を超えた過熱状態となったことを検知して、高周波電流供給回路４１から誘導加熱コイル３１に高周波電流の供給を停止させるように制御している。

また、この蒸気発生装置１０においては、蒸気発生容器２１内の加熱体３２の周囲に蒸気膜が生成されることで、加熱体３２の熱が蒸気膜により蒸気発生容器内の水（湯）と熱交換されにくくなって、高周波電流供給回路４１から高周波電流が高電流状態で長時間流れて、高周波電流供給回路４１が異常発熱するのを防ぐために、制御装置４３は、電流計４２により測定される測定電流値が出力対応電流値より高く第１しきい値以下に設定した第２しきい値を超えたときに、高周波電流供給回路４１から誘導加熱コイル３１に供給する高周波電流の出力を一時的に低下させるように制御している。以下に、本発明の蒸気発生装置１０について詳述する。

図１に示したように、蒸気発生容器２１は上下が開口した筒形形状をしている。蒸気発生容器２１の上端の開口２１ａは蒸気の噴き出し口となっており、蒸気発生容器２１の下端の開口２１ｂは排水口となっている。蒸気発生容器２１の上部には調理庫（図示省略）内に蒸気を送り出す蒸気導出筒２２が接続されている。蒸気発生容器２１の下部には排水筒２３が接続されており、蒸気発生容器２１内の水は排水筒に設けた排水バルブ２４を開放にすることによって排水される。

蒸気発生容器２１に隣接する位置には水位検知タンク２５が立設しており、水位検知タンク２５の下部は蒸気発生容器２１の下部に連通接続されている。水位検知タンク２５内には水位センサ２６が取り付けられており、水位センサ２６は水位検知タンク２５内の水位を検知することによって蒸気発生容器２１内の水位を検知している。水位センサ２６は蒸気発生容器２１内の下限水位Ｌ１と上限水位Ｌ２とを検知するようになっている。また、水位検知タンク２５には水道等の給水源から導出した給水管２７が接続されており、給水管２７には給水バルブ２８が介装されている。給水バルブ２８を開放して給水管２７から水位検知タンク２５に水を供給すると、水位検知タンク２５内の水は同じ水位となるように下部から蒸気発生容器２１に流入する。このように、蒸気発生容器２１には給水管２７からの水が水位検知タンク２５を介して給水される。

蒸気発生容器２１の外周部には誘導加熱コイル３１が巻回されており、蒸気発生容器２１内には加熱体３２が設けられている。誘導加熱コイル３１は高周波電流が供給されたときに加熱体３２の周囲に磁界を発生させるものである。加熱体３２は蒸気発生容器２１内の水を加熱するものであり、複数の加熱棒３２ａとこれら加熱棒３２ａを蒸気発生容器２１の上部に支持させるホルダ３２ｂとを備えている。加熱棒３２ａは磁性体部材よりなる導電性の金属製棒状部材であり、蒸気発生容器２１の軸線方向に延び、円筒形をした蒸気発生容器２１の中心軸を中心とした同心円上に等間隔に配置されている。誘導加熱コイル３１に高周波電流を供給して加熱棒３２ａの周囲に磁界を発生させると、加熱棒３２ａは磁界の影響によって渦電流が流れる。加熱棒３２ａは渦電流が流れるときの電気抵抗により発生するジュール熱により発熱し、蒸気発生容器２１内の水を加熱する。

蒸気発生装置１０は、誘導加熱コイル３１に高周波電流を供給する高周波電流供給回路４１と、高周波電流供給回路４１から誘導加熱コイル３１に供給される電流を測定する電流計４２と、高周波電流供給回路４１の作動を制御する制御装置４３とを備えている。高周波電流供給回路４１は直流電流から高周波電流を生成するものであり、この実施形態では周知のＩＨインバータ回路が採用されている。高周波電流供給回路４１は電源からの交流電流を直流電流に変換するインバータ回路から直流電流が供給されるようになっている。電流計４２は高周波電流供給回路４１からの出力電流（高周波電流供給回路４１から誘導加熱コイル３１に供給される電流）を測定するものであり、電流計４２に測定された電流値は制御装置４３に出力される。

制御装置４３は水位センサ２６、給水バルブ２８、高周波電流供給回路４１及び電流計４２に接続されている。制御装置４３は内蔵するマイクロコンピュータにより水位センサ２６の検出水位に基づいて給水バルブ２８の開閉を制御し、蒸気発生容器２１内の水位が所定の水位（所定量の水）となるように制御している。具体的には、制御装置４３は、水位センサ２６による下限水位Ｌ１の検知の入力により給水バルブ２８を開放させて蒸気発生容器２１への給水を開始し、水位センサ２６による上限水位Ｌ２の検知の入力により給水バルブ２８を閉止させて蒸気発生容器２１への給水を停止し、蒸気発生容器２１内の水位を所定の水位（Ｌ１〜Ｌ２の間）となるように制御している。

制御装置４３は、高周波電流供給回路４１の作動を制御することで、加熱体３２の発熱の出力に応じた高周波電流を高周波電流供給回路４１から誘導加熱コイル３１に供給させるように制御している。具体的には、制御装置４３は、操作パネル（図示省略）から制御装置４３に入力された調理庫（図示省略）内の設定蒸気量、及び、制御装置４３に入力される調理庫（図示省略）から排出される排気温度に基づいて、調理庫内にて必要となる蒸気量が生成されるように高周波電流供給回路４１の出力を制御している。

また、水位センサ２６または給水バルブ２８等の不具合が生じると、蒸気発生容器２１内に水が適切に供給されないおそれがある。この状態で、高周波電流供給回路４１から誘導加熱コイル３１に高周波電流を供給し、蒸気発生容器２１内で加熱体３２の加熱棒３２ａを継続して発熱させると、加熱棒３２ａが水と熱交換されずに発熱を続けて過熱状態となる。加熱棒３２ａがキュリー温度以上の過熱状態となると、加熱棒３２ａが磁性を失うために流れる渦電流が減少し、高周波電流供給回路４１はインピーダンスの低下によって過電流が発生して、高周波電流供給回路４１が破損するおそれがあった。

このため、制御装置４３は、電流計４２により測定される電流値が高周波電流供給回路４１から供給される電力の出力に応じて通常流れる出力対応電流値より高く設定した第１しきい値を超えたときに、加熱体３２の加熱棒３２ａが磁性を失う過熱状態であることを検知し、高周波電流供給回路４１から誘導加熱コイル３１への高周波電流の供給を停止させるように制御している。この実施形態では、第１しきい値は、高周波電流供給回路４１から供給される電力の出力に応じて通常流れる出力対応電流値よりも１３０％高い電流値と設定されている。また、制御装置４３により高周波電流供給回路４１の出力を通常の使用における最大出力の２０％以下と設定しているときには、ノイズや電圧変動の影響によって誤検知となるのを防ぐために、第１しきい値を設定しないようにしている。

また、蒸気発生容器２１内の加熱棒３２ａの周囲に蒸気膜が形成されて膜沸騰となったときには、加熱棒３２ａの熱が蒸気膜によって水と熱交換されにくくなる。このとき、加熱棒３２ａが上述した空焚きのときと比べてゆっくりとであるが過熱状態となる。このとき、加熱棒３２ａの温度上昇が空焚きのときと比べてゆっくりであるために、電流計４２により測定される高周波電流供給回路４１の入力電流が上述した第１しきい値まで上昇するまで長時間要したり、上述した第１しきい値まで上昇せずに長時間、高電流状態を維持し、高周波電流供給回路４１が異常発熱するおそれがあった。

このため、制御装置４３は、電流計４２により測定される電流値が高周波電流供給回路４１から供給される電力の出力に応じて通常流れる出力対応電流値より高く設定されて、加熱体３２がキュリー温度を超えた過熱状態となったことを検知可能な第１しきい値以下に設定した第２しきい値を超えたときに、高周波電流供給回路４１から誘導加熱コイル３１に供給される高周波電流の出力を一時的（この実施形態では６０秒間）に低下（この実施形態では出力対応電流値より５０％に低下）させるように制御している。この実施形態では、第２しきい値は、出力に応じた出力対応電流値よりも１１０％〜１３０％高い電流値と設定されており、高周波電流供給回路４１からの高周波電流による出力が通常の最大出力の３０％のときに第１しきい値と同じように出力対応電流値よりも１３０％高く設定され、高周波電流供給回路４１からの高周波電流による出力が上記の３０％より高くなると徐々に低くなるように設定され、高周波電流供給回路４１からの電力の出力が１００％（通常の使用での最大出力）のときに１１０％高くなるように設定されている。蒸気発生容器２１内での膜沸騰は、高周波電流供給回路４１からの電力の出力が低いときには生じにくく、高周波電流供給回路４１からの電力の出力が高いほど生じやすくなっているので、高周波電流供給回路４１からの電力の出力が高くなるほど第２しきい値が低くなるように設定されている。また、制御装置４３では、高周波電流供給回路４１からの電力の出力を通常の使用における最大出力の３０％以下と設定しているときには、ノイズや電圧変動の影響によって誤検知となるのを防ぐために、第２しきい値も設定されてない。

上記のように構成した蒸気発生装置１０の作動について説明する。図示しない加熱調理庫の調理庫内を予熱処理等により予め加熱した状態とし、調理庫内に食材を収容し、調理庫内の食材を蒸気を含んだ熱風により加熱調理する。このとき、蒸気発生装置１０は、制御装置４３の制御のもとで、設定した蒸気量となるように調理庫内に蒸気を供給する。制御装置４３は、調理庫内を設定した蒸気量となるように、高周波電流供給回路４１の作動を制御して誘導加熱コイル３１に高周波電流を供給し、加熱棒３２ａを発熱させて蒸気発生容器２１内の水から蒸気を発生させる。また、蒸気発生容器２１から蒸気を発生させることにより、蒸気発生容器２１内の水は減少するために、制御装置４３は、水位センサ２６の検知水位に基づいて給水バルブ２８の開閉を制御して、蒸気発生容器２１内の水が下限水位Ｌ１と上限水位Ｌ２との間の水位となるように制御している。

制御装置４３により高周波電流供給回路４１の作動を制御して誘導加熱コイル３１に高周波電流を供給しているときに、電流計４２により測定された電流値が第２しきい値より高くなると、制御装置４３は、高周波電流供給回路４１から誘導加熱コイル３１に供給している高周波電流の出力を６０秒間（一時的に）、設定した出力から５０％低下させるように制御する。蒸気発生容器２１内の加熱棒３２ａの周囲に蒸気膜が生成されたことに起因して高周波電流供給回路４１に高電流状態が維持されている（過電流が発生している）ときには、高周波電流供給回路４１による電力の出力を一時的に低下させることによって、蒸気発生容器２１内にて加熱棒３２ａの周囲に生成された蒸気膜が消滅し、加熱棒３２ａが周囲の水（湯）と熱交換されて、高周波電流供給回路４１に高電流が維持されている（過電流が発生している）状態が解消される。これにより、高周波電流供給回路４１の異常発熱を防ぐことができるとともに、蒸気発生容器２１内に水（湯）があるにもかかわらず、蒸気発生容器２１内が空焚きとなっているとの誤検知を防ぐことができる。なお、制御装置４３は、高周波電流供給回路４１からの電力の出力を６０秒間低下させたあとで、高周波電流供給回路４１からの電力の出力を戻すように制御する。

これに対し、蒸気発生容器２１内の加熱棒３２ａの周囲に蒸気膜が生成されたことに起因して、高周波電流供給回路４１からの高周波電流が高電流（第２しきい値）となったのではなく、水位センサ２６または給水バルブ２８等の不具合によって、蒸気発生容器２１内に適切に水が供給されずに、蒸気発生容器２１内にて加熱棒３２ａが空焚きによってキュリー温度以上の過熱状態となることに起因して、高周波電流供給回路４１に過電流が発生することがある。この場合には、制御装置４３によって高周波電流供給回路４１から誘導加熱コイル３１に供給される高周波電流の出力を６０秒間（一時的に）、設定した出力から５０％低下させるように制御しても、高周波電流供給回路４１の高電流の状態が解消せず、電流計４２により測定される電流値が引き続き上昇する。電流計４２により測定された電流値が第２しきい値を超えて第１しきい値より高くなると、制御装置４３は加熱棒３２ａが空焚きによってキュリー温度を超えた過熱状態となったことを検知して、高周波電流供給回路４１から誘導加熱コイル３１への高周波電流の供給を停止させるように制御する。これにより、高周波電流供給回路４１の異常発熱を防ぐことができるとともに、蒸気発生容器２１内での加熱棒３２ａの空焚きを止めることができる。

１０…誘導加熱式の蒸気発生装置、２１…蒸気発生容器、３１…誘導加熱コイル、３２…加熱体、４１…高周波電流供給回路、４２…電流計、４３…制御装置。

Claims

所定量の水を貯えて蒸気を発生させる蒸気発生容器と、
前記蒸気発生容器の外周に巻回された誘導加熱コイルと、
前記蒸気発生容器内に収容されて前記誘導加熱コイルに高周波電流を供給することで発熱する加熱体と、
前記誘導加熱コイルに前記高周波電流を供給する高周波電流供給回路と、
前記高周波電流供給回路から前記誘導加熱コイルに供給される電流を測定する電流計と、
前記高周波電流供給回路の作動を制御して前記誘導加熱コイルに高周波電流の供給を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記電流計により測定される測定電流値が前記高周波電流供給回路から供給される電力の出力に応じて通常流れる出力対応電流値より高く設定されて、前記加熱体がキュリー温度を超えた過熱状態となったことを検知可能な第１しきい値を超えたときに、前記加熱体がキュリー温度を超えた過熱状態となったことを検知して、前記高周波電流供給回路から前記誘導加熱コイルに高周波電流の供給を停止させるように制御する誘導加熱式の蒸気発生装置であって、
前記制御装置は、前記電流計により測定される測定電流値が前記出力対応電流値より高く前記第１しきい値に上昇する前の値として設定された第２しきい値を超えたときに、前記高周波電流供給回路から前記誘導加熱コイルに供給する高周波電流の出力を一時的に低下させるように制御したことを特徴とする誘導加熱式の蒸気発生装置。