(57)【要約】  水位検知装置は、送信部と受信部とを有し、容器の上方に配置された超音波センサを備える。送信部は、食品に向けて超音波を送信するように構成される。受信部は、食品により反射された超音波を受信するように構成される。水位検知装置は、超音波センサによって検知された食品の上面までの距離の変化を検知することにより、食品の沸騰状態を検知するように構成される。本態様によれば、容器の性質や載置状態に左右されることなく、食品の沸騰状態を検知することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器に収容された食品に向けて超音波を送信するように構成された送信部と、前記食品により反射された前記超音波を受信するように構成された受信部とを有し、前記容器の上方に配置された超音波センサを備え、
前記超音波センサによって検知された前記食品の上面までの距離の変化を検知することにより、前記食品の沸騰状態を検知するように構成された、水位検知装置。
【請求項２】
前記超音波センサによって検知された前記食品の上面までの距離に基づいて前記食品の水位を求め、前記食品の前記水位が瞬間的かつ断続的に所定の閾値水位を超えて下降することを検知することで、前記食品の沸騰状態を検知するように構成された、請求項１に記載の水位検知装置。
【請求項３】
所定の単位時間における前記食品の前記水位の下降回数を数え、前記下降回数に応じて沸騰の強度を検知するように構成された、請求項２に記載の水位検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、液体状の食品の上面の高さを検知することで、食品の沸騰状態を検知する水位検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
調理機器において、水位検知装置を使用した食品の沸騰検知は、最適加熱や省エネの観点から重要な機能である。この沸騰検知に関する従来の技術について、図７、図８をそれぞれ参照しながら以下に説明する。【０００３】
図７は、特許文献１に記載された従来の電気湯沸かし器の構成を示す側断面略図である。図７に示すように、超音波センサ６０が、容器である水タンク５０の底面に設けられる。水タンク５０の底面には、水タンク５０を加熱する誘導加熱部５１が設けられる。【０００４】
超音波センサ６０は、超音波（送信波５７）を送信し、水タンク５０に収容された水５３の水面で反射された超音波（反射波５８）を受信する。水５３が沸騰すると、沸騰泡が発生する。この沸騰泡によって超音波（反射波５８）が乱反射する。超音波（反射波５８）が乱反射すると、超音波センサ６０が反射波５８を検知するのは困難となる。これにより、水５３の沸騰状態を検知することができる。【０００５】
図８は、特許文献２に記載された従来の誘導加熱機器の構成を示す側断面略図である。図８に示すように、超音波センサ６０が、容器である鍋５５を載置したトッププレート５２の下方に設けられる。トッププレート５２の下方には、鍋５５を加熱する誘導加熱部５１が設けられる。【０００６】
超音波センサ６０は、超音波（送信波５７）を送信する。送信波５７は、トッププレート５２、鍋５５、水分の多い液体状の食品５４を伝わる。食品５４の上面で、超音波（反射波５８）が反射される。超音波センサ６０は、食品５４、鍋５５、トッププレート５２を伝わった反射波５８を受信する。【０００７】
誘導加熱部５１によって鍋５５が加熱され、鍋５５に収容された食品５４が加熱される。食品５４が沸騰すると、食品５４内に泡が発生する。反射波５８が、食品５４の温度に応じて食品５４内に発生した泡に乱反射する。この乱反射による超音波の反射率を判定することで、沸騰を検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平３−１１２５２１号公報
【特許文献２】特開２００５−０５０７１３号公報
【発明の概要】
【０００９】
しかしながら、上記従来技術では、沸騰したか否かのいずれかが検知され、食品の沸騰状態を検知することはできなかった。特に、特許文献２に記載の従来技術において、トッププレート５２に関しては、製造上のバラつきが管理可能である。
【００１０】
しかし、使用者は、種々の性質の鍋５５を選択可能である。種々の原因により、鍋５５の載置状態に関してバラつきが生じる可能性がある。このため、反射波５８の測定により、沸騰状態を安定して検知するのは難しい。その結果、特許文献２に記載の従来技術を、沸騰状態を細かく制御する必要のある煮物などの調理に適用するのは困難である。
【００１１】
本開示は、上記従来の課題を解決するもので、容器の性質や載置状態に左右されることなく、食品の沸騰状態を検知できる水位検知装置を提供することを目的とする。
【００１２】
本開示の一態様の水位検知装置は、送信部と受信部とを有し、容器の上方に配置された超音波センサを備える。送信部は、食品に向けて超音波を送信するように構成される。受信部は、食品により反射された超音波を受信するように構成される。水位検知装置は、超音波センサによって検知された食品の上面までの距離の変化を検知することにより、食品の沸騰状態を検知するように構成される。
【００１３】
本態様によれば、容器の性質や載置状態に左右されることなく、食品の沸騰状態を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本開示の実施の形態に係る水位検知装置付き容器の側断面図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る水位検知装置および誘導加熱機器の構成を示すブロック構成図である。
【図３】図３は、沸騰泡により生じる乱反射を示す水位検知装置付き容器の側断面図である。
【図４】図４は、実施の形態に係る水位検知装置により検知された食品の水位の時間変動を示す図である。
【図５】図５は、沸騰により生じる食品の上面の波による乱反射を示す水位検知装置付き容器の側断面図である。
【図６】図６は、実施の形態に係る水位検知装置付き容器における温度および水位の時間変動を示す図である。
【図７】図７は、従来の電気湯沸かし器の構成を示す側断面図である。
【図８】図８は、従来の誘導加熱装置の構成を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本開示の第１の態様の水位検知装置は、送信部と受信部とを有し、容器の上方に配置された超音波センサを備える。送信部は、食品に向けて超音波を送信するように構成される。受信部は、食品により反射された超音波を受信するように構成される。水位検知装置は、超音波センサによって検知された食品の上面までの距離の変化を検知することにより、食品の沸騰状態を検知するように構成される。
【００１６】
本開示の第２の態様の水位検知装置は、第１の態様に加えて、超音波センサによって検知された食品の上面までの距離に基づいて食品の水位を求め、食品の水位が瞬間的かつ断続的に所定の閾値水位を超えて下降することを検知することで、食品の沸騰状態を検知するように構成される。
【００１７】
本開示の第３の態様の水位検知装置は、第２の態様に加えて、所定の単位時間における食品の水位の下降回数を数え、下降回数に応じて沸騰の強度を検知するように構成される。
【００１８】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は、本開示の実施の形態に係る水位検知装置付き容器の側断面図である。図２は、本実施の形態に係る水位検知装置および誘導加熱機器の構成を示すブロック構成図である。
【００２０】
図１、図２に示すように、容器１は、誘導加熱されることが可能な有底筒形状の容器である。容器１には、水分を多く含む液体状の食品４が収容される。蓋２は、容器１の上面を覆う。
【００２１】
蓋２には、食品４の上面に対向するように、水位検知装置３が配置される。すなわち、水位検知装置３は、容器１の上方に配置される。蓋２の中央部には、把手５が取り付けられる。容器１の側壁の外側上部には、把手６が取り付けられる。
【００２２】
本実施の形態において、水位検知装置３は蓋２に設けられる。しかし、これに限定されない。水位検知装置３は、把手５と一体的に構成されてもよく、蓋２ではなく容器１に取り付けられてもよい。
【００２３】
誘導加熱機器１０は、内部に設けられた誘導加熱部１１と駆動制御部２５と通信部３１とを有し、誘導加熱部１１の上方に設けられたトッププレート１２とトッププレート１２の下面に配置された鍋底温度検知部１３とを有する。
【００２４】
誘導加熱部１１は加熱コイルを含む。駆動制御部２５は、インバータ（図示せず）を含み、水位検知装置３により送信された情報に基づいて誘導加熱部１１を駆動する。駆動制御部２５が誘導加熱部１１に電源を供給すると、トッププレート１２に載置された容器１が誘導加熱される。
【００２５】
鍋底温度検知部１３は、トッププレート１２を介して容器１の底部の温度を検知する。
【００２６】
通信部３１は、誘導加熱機器１０側の通信部である。すなわち、通信部３１は機器側通信部に相当する。通信部３１は、水位検知装置３により送信された情報を受信し、その情報を駆動制御部２５に送信する。
【００２７】
水位検知装置３は、超音波センサ２０と計時部２３と演算部２４と検知部２６と通信部３０とを有する。水位検知装置３は、容器１内に収容された食品４の分量を検知する。
【００２８】
超音波センサ２０は、送信部２１と受信部２２とを有する。送信部２１は、容器１内の食品４に向けて鉛直下方に超音波を送信する。受信部２２は、容器１内の食品４により反射された超音波を受信する。以下、送信部２１により送信される超音波を送信波７、受信部２２により受信される超音波を反射波８という。
【００２９】
計時部２３は、送信部２１から送信波７が送信された時点から受信部２２が反射波８を受信した時点までの時間幅を測定する。演算部２４は、計時部２３によって計測された時間幅に基づいて、超音波センサ２０と食品４の上面との距離を演算する。
【００３０】
検知部２６は、超音波センサ２０と食品４の上面との距離に基づく食品４の水位情報から、食品４の沸騰状態を検知する。
【００３１】
通信部３０は、誘導加熱機器１０側の通信部３１と通信する水位検知装置３側の通信部である。すなわち、通信部３０はセンサ側通信部に相当する。具体的には、通信部３０は、演算部２４による演算結果と検知部２６による検知結果とを通信部３１に送信する。
【００３２】
本実施の形態では、水位検知装置３が、計時部２３、演算部２４、検知部２６を含む。しかし、誘導加熱機器１０が、これらの内の一つまたは複数の機能を有しても良い。その場合、通信部３０、３１間で通信される情報は、構成に応じて変わる。
【００３３】
以下、上記のように構成された水位検知装置３、容器１および誘導加熱機器１０の動作について説明する。
【００３４】
計時部２３は、送信波７が送信される際の時刻を送信時刻として記憶する。受信部２２は、食品４と空気との境界面で反射されて戻ってきた反射波８を受信する。計時部２３は、反射波８の受信強度が閾値強度を超えた時点である受信時刻を記憶する。計時部２３は、受信時刻と送信時刻の差を応答時間として出力する。
【００３５】
演算部２４は、超音波センサ２０と食品４との距離を、音の速度と応答時間とから演算する。具体的には、超音波センサ２０と食品４との距離をＤｆ［ｍ］、音速をＶｓ［ｍ／ｓｅｃ］、応答時間をＲｔ［ｓｅｃ］とすると、距離Ｄｆ［ｍ］は下記式（１）によって得られる。
【００３６】
Ｄｆ＝Ｖｓ×Ｒｔ／２                                ・・・（１）
空気の温度θ［℃］の場合の音速Ｖｓ［ｍ／ｓｅｃ］は、下記式（２）によって得られる。
【００３７】
Ｖｓ＝３３１．５＋０．６０７×θ                    ・・・（２）
超音波センサ２０と容器１の底との距離は既知なので、上述の式（１）の演算によって求めた距離Ｄｆから、食品４の高さを求めることができる。食品４が液状の場合、食品４の高さは水位として検知することができる。
【００３８】
図３は、沸騰泡により生じる乱反射を示す水位検知装置付き容器の側断面図である。
【００３９】
誘導加熱部１１により容器１の底部が加熱されると、容器１内の食品４の温度が上昇する。食品４が沸騰すると、沸騰泡１５が、容器１の底部に発生し、食品４の上面まで上昇する（図３参照）。図３に示すように、沸騰泡１５が食品４の上面に現れると、沸騰泡１５の表面で送信波７の乱反射が起こる。乱反射により生じた反射波８ａは、例えば、容器１の側壁で反射した後に水位検知装置３に戻る。
【００４０】
このため、応答時間は沸騰前より長くなる。その結果、演算された距離Ｄｆは沸騰前より長くなり、検知された食品４の水位は沸騰前より低くなる。
【００４１】
図４は、水位検知装置３により検知された食品４の水位の時間変動を示す図である。図４において、水位４２は、距離Ｄｆに基づいて求められた食品４の水位である。常に一定値である定常水位４３は、沸騰前の食品４の水位である。
【００４２】
図４に示すように、時点Ａにおいて、水位４２は一時的に大きく低下する。これは、食品４が沸騰することで食品４の上面に現れた沸騰泡１５により、送信波７の乱反射が生じるからである。
【００４３】
検知部２６は、所定の閾値時間Ｔ１より長い間、水位４２が、所定の閾値水位４１より低下したことを検知すると、食品４が沸騰状態であると判定する。
【００４４】
図４に示す例では、時点Ａにおいて、一時的に水位４２が閾値水位４１より低下する。しかし、その状態は閾値時間Ｔ１以上継続されないため、検知部２６は、食品４が沸騰状態ではないと判定する。時点Ｂにおいて水位４２が低下する。しかし、この時の水位４２は閾値水位４１より高いため、検知部２６は、食品４が沸騰状態ではないと判定する。
【００４５】
時点Ｃにおいて、水位４２は閾値水位４１より低下する。この状態は、時点Ｄまでの閾値時間Ｔ１以上の期間、継続する。従って、検知部２６は、食品４が沸騰状態であると判定する。
【００４６】
図５は、沸騰により生じる食品４の上面の波による乱反射を示す水位検知装置付き容器の側断面図である。
【００４７】
図５に示すように、沸騰泡１５により、食品４の上面に波１６が発生する。波１６の表面で送信波７の乱反射が起こる。乱反射により生じた反射波８ｂは、例えば、容器１の側壁で反射した後に水位検知装置３に戻る。
【００４８】
このため、応答時間は沸騰前より長くなる。その結果、演算された距離Ｄｆは沸騰前より長くなり、検知された食品４の水位は沸騰前より低くなる。この状態を検知することにより、検知部２６は、食品４の沸騰状態を検知することができる。
【００４９】
閾値水位４１は、定常水位４３までの高さＨ１、または、容器１の底からの高さＨ２として指定される。高さＨ２として、容器１の底付近の低い水位が指定されると、水位が低い場合にも対応することができる。高さＨ１として、定常状態での水位の変動より大きな値が指定されると、検知精度を向上させることができる。
【００５０】
図６は、本実施の形態に係る水位検知装置付き容器における温度および水位の時間変動を示す図である。
【００５１】
図６の上側のグラフは、容器１の底部の温度の時間変動を示す。このグラフにおいて、実線は、容器１の底温度４４の時間変動を示し、点線は、食品温度４５の時間変動を示す。図６の下側のグラフは、図４と同様、食品４の水位４２の時間変動を示す。
【００５２】
底温度４４が１００℃に到達すると、瞬間的かつ断続的な水位４２の変動が開始される。この変動は、沸騰泡１５、または、それに伴って生じる波１６により発生する。以下、このような変動が発生することを沸騰泡１５の発生という。さらに加熱を続けると、食品４の沸騰が激しくなり、沸騰泡１５が頻繁に発生する。検知部２６は、所定の単位時間Ｔ２における沸騰泡１５の発生の回数を、沸騰強度として検知する。
【００５３】
図６の下側のグラフに示すように、時点Ｅ〜時点Ｆの間において沸騰泡１５は４回発生し、時点Ｆ〜時点Ｇの間において沸騰泡１５は７回発生する。従って、時点Ｇにおける沸騰強度は、時点Ｆにおける沸騰強度より強い。
【００５４】
検知部２６は、沸騰強度を検知するために、カウント部と沸騰強度検知部とを有する。カウント部は、単位時間Ｔ２における食品４の水位４２の下降回数を数える。沸騰強度検知部は、カウント部によって数えられた下降回数に応じて沸騰の強度を検知する。
【００５５】
以上のように、本実施の形態では、水位検知装置３を用いて食品４の水位４２を検知することにより、容器の性質や載置状態に左右されることなく、食品４の沸騰状態を検知することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本開示にかかる水位検知装置は、炊飯器、マルチクッカー（Multi cooker）などの加熱調理器に適用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１  容器
２  蓋
３  水位検知装置
４、５４  食品
５、６  把手
７、５７  送信波
８、８ａ、８ｂ、５８  反射波
１０  誘導加熱機器
１１、５１  誘導加熱部
１２、５２  トッププレート
１３  鍋底温度検知部
１５  沸騰泡
１６  波
２０、６０  超音波センサ
２１  送信部
２２  受信部
２３  計時部
２４  演算部
２５  駆動制御部
３０、３１  通信部
４１  閾値水位
４２  水位
４３  定常水位
４４  底温度
４５  食品温度
５０  水タンク
５３  水
５５  鍋
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019003787.tif 000009
【図８】
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【国際調査報告】
2019003787.tif 000011
2019003787.tif 000012
2019003787.tif 000013
2019003787.tif 000014