(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍋の底面の温度である鍋底温度を測定する温度センサが底面に当接され、ガスバーナーに形成される燃焼火炎で加熱される炊飯用鍋であって、
前記温度センサの当接位置にあたるセンサ当接部に、当該センサ当接部における鍋内の水の局所沸騰を抑制する沸騰抑制手段を備える炊飯用鍋。
【請求項２】
ガス機器が、鍋内の炊飯物に所定量の水を吸水させる吸水工程、鍋内の水を沸騰するまで昇温する昇温工程、鍋内の水の沸騰を維持する沸騰維持工程を順に実行するとともに、各工程における前記ガスバーナーの火力及び加熱時間を制御する制御手段を備え、
前記制御手段が、前記沸騰維持工程における前記ガスバーナーの加熱時間を、前記沸騰維持工程における前記温度センサの出力に基づいて制御する構成で、
前記沸騰抑制手段により、前記沸騰維持工程における前記センサ当接部における鍋内の水の局所沸騰が抑制される請求項１に記載の炊飯用鍋。
【請求項３】
前記沸騰抑制手段として、前記センサ当接部の材料が、前記センサ当接部以外の材料より熱伝導性の悪い金属で構成される請求項１又は２に記載の炊飯用鍋。
【請求項４】
前記沸騰抑制手段として、前記センサ当接部の内面に平滑な均熱板が貼り付けられた請求項１又は２に記載の炊飯用鍋。
【請求項５】
前記沸騰抑制手段として、前記センサ当接部の内面の表面粗さが、前記センサ当接部以外より小さくなるように仕上げられた請求項１又は２に記載の炊飯用鍋。
【請求項６】
前記温度センサ及び前記ガスバーナーがガスコンロに備えられ、当該ガスコンロに備えられるガスバーナーにより形成される燃焼火炎で加熱操作される請求項１〜５の何れか一項に記載の炊飯用鍋。
【請求項７】
請求項１〜５の何れか一項に記載の炊飯用鍋を備え、前記温度センサ及び前記ガスバーナーを炊飯器本体に備えたガス炊飯器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鍋の底面の温度である鍋底温度を測定する温度センサが底面に当接され、ガスバーナーに形成される燃焼火炎で加熱される炊飯用鍋に関する。
【背景技術】
【０００２】
バーナやヒータ等の熱源によって下方から加熱することで炊飯を行う炊飯用鍋には、ガスバーナを備えるガス機器（コンロ等）を用いて炊飯を行う目的で作られた炊飯用鍋がある。ガス機器と合わせて用いられる炊飯用鍋としては、特許文献１に示すようなガス炊飯器の内釜として用いられるものや、特許文献２に示すようなガスコンロ上に載置するものが知られている。これらの炊飯用鍋を用いて、自動制御で炊飯をする場合、特許文献３に示すように、鍋底の温度を計測可能な温度センサを備えると共に、ガスバーナによる加熱タイミング及び加熱時間を、当該温度センサの出力に基づいて行う方法が知られている。
この種の炊飯用鍋は、基本的には、同一の材料を用いて鍋が形成されており、特に温度センサが接触する底面において特別な構造は採用されてこなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３７８２６号公報
【特許文献２】特開２００６−１９２１０２号公報
【特許文献３】特開２０１０−０６８８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、この種の炊飯用鍋を使用した炊飯では、温度センサが鍋内の沸騰状態を検知し、その沸騰状態が安定して継続される時点を炊飯時間(特に沸騰時間)の制御に用いる構成が採用されている。このような炊飯制御を実行する制御装置を備えたコンロ上で、従来型の炊飯用鍋を使用して炊飯をおこなった場合、その炊飯結果（ご飯の炊き上げ具合）にばらつきが発生することが判明した。即ち、沸騰時間が長すぎたり、短すぎたりといった問題が発生することが判明した。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、鍋底に当接される温度センサの温度検出値に基づいて炊飯制御を行う場合にも、炊き上がるご飯の性状を、所望の安定した状態とすることが可能な炊飯用鍋を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明に係る炊飯用鍋の特徴は、鍋の底面の温度である鍋底温度を測定する温度センサが底面に当接され、ガスバーナーに形成される燃焼火炎で加熱される炊飯用鍋であって、前記温度センサの当接位置にあたるセンサ当接部に、当該センサ当接部における鍋内の水の局所沸騰を抑制する沸騰抑制手段を備える点にある。
【０００７】
発明者らは、本願発明を完成するにあたり、上述の炊き上がるご飯の性状がばらつく原因を鋭意研究した。その結果、鍋内の温度センサの当接箇所近傍において、局所的な昇温及び沸騰が起こった場合には、図６（ａ）の枠で示す箇所のように、温度センサーの出力が乱れ、この乱れに伴って、制御側が沸騰状態が安定して継続されると検知する時点にばらつきが発生することが判明した。このように局所沸騰が起こった場合には、温度センサの出力が乱れることにより、加熱タイミングや沸騰時間の決定に影響が生じ、炊飯終了時のご飯の性状である風味を決定する要因の１つである水分率を変動させることとなっていたのである。
【０００８】
そこで、本願に係る炊飯用鍋では、温度センサの当接位置にあたるセンサ当接部に、当該センサ当接部における鍋内の水の局所沸騰を抑制する沸騰抑制手段を備える。結果、炊飯時に、沸騰抑制手段の働きにより、センサ当接部における鍋内の水の局所沸騰が抑えられるので、温度センサによりセンサ当接部における鍋底温度を安定的に測定することができる。このため、温度センサの出力に基づいて決定される火力制御の加熱タイミングや沸騰時間等の加熱時間を高精度に決定することができる。
【０００９】
ここで、ガス機器が、鍋内の炊飯物に所定量の水を吸水させる吸水工程、鍋内の水を沸騰するまで昇温する昇温工程、鍋内の水の沸騰を維持する沸騰維持工程を順に実行するとともに、各工程における前記ガスバーナーの火力及び加熱時間を制御する制御手段を備え、前記制御手段が、前記沸騰維持工程における前記ガスバーナーの加熱時間を、前記沸騰維持工程における前記温度センサの出力に基づいて制御する構成で、前記沸騰抑制手段により、前記沸騰維持工程における前記センサ当接部における鍋内の水の局所沸騰が抑制されると良い。
【００１０】
このような構成によれば、沸騰維持工程における温度センサの出力を安定させることができるため、沸騰維持工程において、温度センサの出力に基づいて制御されるガスバーナーの加熱時間を高精度に決定することができる。
【００１１】
さらに、前記沸騰抑制手段として、前記センサ当接部の材料が、前記センサ当接部以外の材料より熱伝導性の悪い金属で構成されると良い。
【００１２】
このような構成によれば、センサ当接部での熱伝導が悪くなるため、センサ当接部の内面での熱流束がセンサ当接部以外の部分に比べ小さくなり、センサ当接部における局所沸騰を抑制することができる。
【００１３】
または、前記沸騰抑制手段として、前記センサ当接部の内面に平滑な均熱板が貼り付けられた構成とすると良い。
【００１４】
このような構成によれば、少なくとも均熱板表面での熱流束を一定とすることができ、センサ当接部における局所沸騰を抑制することができる。
【００１５】
または、前記沸騰抑制手段として、前記センサ当接部の内面の表面粗さが、前記センサ当接部以外より小さくなるように仕上げられた構成とすると良い。
【００１６】
このような構成によれば、表面粗さを小さくすることにより、沸騰核の形成部位を低減することができる。さらに、センサ当接部の表面粗さの小さな領域においては、それ以外の領域に比べ熱流束が比較的一定に保たれるため、センサ当接部における局所沸騰を抑制することができる。
【００１７】
これまで説明してきた炊飯用鍋は、前記温度センサ及び前記ガスバーナーがガスコンロに備えられ、当該ガスコンロに備えられるガスバーナーにより形成される燃焼火炎で加熱操作される用途で、好適に使用することができる。
【００１８】
また、本願独特の構成を有する炊飯用鍋を備え、温度センサ及びガスバーナーを炊飯器本体に備えてガス炊飯器を構成することで、安定した炊飯を、当該ガス炊飯器で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る炊飯用鍋を使用してコンロ上で炊飯を行っている状態の模式図
【図２】本発明に係るガスバーナの火力制御と温度センサの出力の関係を示す図
【図３】本発明に係るガスバーナの制御フロー図
【図４】本発明の第２実施形態に係る炊飯用鍋の模式図
【図５】本発明の第３実施形態に係る炊飯用鍋の模式図
【図６】本発明の実証実験結果及び従来例による実験結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
１．炊飯用鍋を含むガス機器の構成
以下では、図１〜６を用いて、本願発明に係る炊飯用鍋４を説明する。図１（ａ）に示すように、ガス機器であるガスコンロ１は、ガスコンロ１上に被載置物を載置するための五徳６を備え、五徳６に載置された鍋の底面の温度である鍋底温度を測定する温度センサ２及びガスバーナー３を有している。ガスバーナー３は、形成される燃焼火炎で炊飯用鍋４の底面を加熱するように構成されている。本実施形態においては、ガスバーナー３は、鉛直方向から見て円周上に複数の炎孔を備えるように構成される。また、温度センサ２は、接触式の温度センサであり、ガスバーナー３の中央に鉛直方向上方に突出するように構成されている。
【００２１】
炊飯用鍋４は、ガスコンロ１上に五徳６を介して載置される。炊飯用鍋４は、ステンレスまたはアルミニウム製で、内面にはフッ素樹脂加工が施されている。本実施形態においては、主にアルミニウムで構成されている。このような構成により、本実施形態においては、温度センサ２は、被載置物である炊飯用鍋４の底面中央の鍋底温度を検出可能となっている。
【００２２】
また、炊飯用鍋４は、温度センサ２の当接位置にあたるセンサ当接部１１に、当該センサ当接部１１での局所沸騰を抑制する沸騰抑制手段１３を備えることを特徴としている。ここで、本願明細書において、センサ当接部１１とは、鉛直方向に見て、炊飯用鍋４と温度センサ２が当接する面を含む炊飯用鍋４の一部（領域）を意味する。
【００２３】
２．炊飯用鍋を用いた火力制御
炊飯用鍋４の特徴構成を説明するに先立って、以下では、炊飯時におけるガスコンロ１の火力制御について用いて説明する。図１に示すように、ガスコンロ１は、炊飯用鍋４を用いて炊飯を行うための制御手段５を備えている。図２に示すように、制御手段５は、ガスバーナー３の火力及び加熱時間を制御することで、炊飯開始から時間の経過に従って、炊飯時のいわゆる吸水工程Ａ、昇温工程Ｂ、沸騰維持工程Ｃを順に実行するように構成されている。
【００２４】
ここで、吸水工程Ａは、炊飯用鍋４内の炊飯物である米に所定量の水を吸水させる工程を、昇温工程Ｂは、炊飯用鍋４内の水を沸騰するまで昇温する工程を、沸騰維持工程Ｃは、鍋内の水の沸騰を維持する工程を意味する。
【００２５】
さらに、本実施形態においては、吸水工程Ａは、温度変化量から炊飯用鍋４内の米量Ｗｒを推定するために強火で炊飯用鍋４を加熱する第１吸水工程Ａ１と、米の吸水を促進するために炊飯用鍋４内の水温を適温に保つように第１吸水工程Ａ１に比べ弱火で炊飯用鍋４を加熱する第２吸水工程Ａ２とからなる。ここで、第１吸水工程Ａ１において推定された米量Ｗｒに基づいて、第２吸水工程Ａ２の加熱時間Δｔ１は決定される。
【００２６】
また、沸騰維持工程Ｃは、炊飯用鍋４内の水が沸騰したと推定された段階で強火で炊飯用鍋４を加熱する第１沸騰維持工程Ｃ１と、第１沸騰維持工程Ｃ１に比べ弱火で炊飯用鍋４を加熱する第２沸騰維持工程Ｃ２とからなる。
【００２７】
ここで、制御手段５は、沸騰維持工程Ｃにおけるガスバーナー３の加熱時間Δｔｃを、沸騰維持工程Ｃにおける温度センサの出力Ｔに基づいて制御するように構成されている。本実施形態においては、沸騰維持工程Ｃにおけるガスバーナー３の加熱時間Δｔｃは、第１沸騰維持工程Ｃ１における加熱時間Δｔｃ１と、第２沸騰維持工程Ｃ２における加熱時間Δｔｃ２との和である。ここで、加熱時間Δｔｃを決定する加熱時間Δｔｃ１は、炊飯用鍋４内の第１沸騰維持工程Ｃ１における温度センサ２の出力Ｔが一定になったと判断された平衡検知タイミングｔｄに基づいて決定される。より具体的には、第１沸騰維持工程Ｃ１においては、平衡検知タイミングｔｄから、推定された米量Ｗｒに基づく加熱時間Δｔ２だけガスバーナー３の加熱を行う。
【００２８】
次に、図３に基づいて、制御手段５によるガスバーナー３の火力制御フローの一例を説明する。ガスコンロ１に米と水が入れられた炊飯用鍋４が載置され、ガスコンロ１に設けられたスイッチなどにより炊飯がスタートすると、制御手段５は、まずガスバーナー３の火力を強に設定する（ステップ＃１）。次に、スタートから６０秒が経過するまで待機し（ステップ＃２：Ｎｏ）、６０秒が経過すると（ステップ＃２：Ｙｅｓ）、この６０秒間の温度勾配ａ＝ｄＴ／ｄｔを算出する（ステップ＃３）。そして、温度勾配ａに基づいて、熱バランス方程式を用いて炊飯用鍋４内の米量Ｗｒを推定し、推定された米量Ｗｒから第２吸水工程Ａ２における加熱時間Δｔ１と第１沸騰維持工程Ｃ１における加熱時間Δｔ２とを、あらかじめ記憶したデータベースをもとに決定する。ここまでの制御が、図２における第１吸水工程Ａ１に相当する。
【００２９】
熱バランス方程式による米量の推定方法を以下に述べる。ガスバーナー３の火力をＱin［Ｗ］、炊飯用鍋４使用時のガスバーナー３の熱効率をηとし、
ＣpＷpΔＴp＋ＣwＷwΔＴw＋ＣrＷrΔＴr＝Ｑinη    …  （１）
κ＝Ｗw／Ｗr （＝水重量「g」/米重量「g」）        …  （２）
ここで、
Ｃp，Ｗp，ΔＴp：炊飯用鍋４の比熱［Ｊ／ｇ℃］、重量［ｇ］、昇温速度［℃／ｓ］
Ｃw，Ｗw，ΔＴw：水の比熱［Ｊ／ｇ℃］、重量［ｇ］、昇温速度［℃／ｓ］
Ｃr，Ｗr，ΔＴr：米の比熱［Ｊ／ｇ℃］、重量［ｇ］、昇温速度［℃／ｓ］
（１）式及び（２）式より、米量Ｗｒは、
Ｗｒ＝（Ｑinη−ＣpＷpΔＴp）／（ＣwκΔＴw＋ＣrΔＴr）  …（３）
となる。
さらに、米と水は完全混合であると考えるとΔＴw＝ΔＴr、炊飯用鍋４の内表面の温度は水と同じ温度Ｔw、外表面の温度は温度センサ２の出力Ｔと同じと考えるとΔＴp＝（１／２）ΔＴｗ（１＋１／ａ）（ａは、鍋底温度Ｔと炊飯用鍋４内の水温の関係を示す既知の係数）となるので、（３）式から米量Ｗｒを推定することができる。
【００３０】
続いて、制御手段５は、ガスバーナー３の火力を微弱に設定する（ステップ＃１１）。加熱時間Δｔ１秒が経過するまで待機する（ステップ＃１２：Ｎｏ）。ここまでの制御が、図２における第２吸水工程Ａ２に相当する。
【００３１】
さらに、加熱時間Δｔ１秒が経過すると（ステップ＃１２：Ｙｅｓ）、ガスバーナー３の火力を強にする（ステップ＃２１）。温度センサ２の出力Ｔを、直前温度Ｔ0として記憶する（ステップ＃２２）。次に、現在の温度センサ２の出力Ｔと直前温度Ｔ0との差を求め、その絶対値が１以下かを調べる（ステップ＃２３）。差が１より大きい場合には、ステップ＃２２からやり直す（ステップ＃２３：Ｎｏ）。差が１以下の場合（ステップ＃２３：Ｙｅｓ）には、その時刻を平衡検知タイミングｔｄとする。その後、加熱時間Δｔ２の間待機する（ステップ＃２５：Ｎｏ）。加熱時間Δｔ２が経過すると、加熱時間Δｔ２終了直後の温度センサ２の出力Ｔを、終了判定用温度Ｔ１として記憶する（ステップ＃２６）。ここまでの制御が、図２における昇温工程Ｂ及び第１沸騰維持工程Ｃ１に相当する。
【００３２】
続いて、制御手段５は、ガスバーナー３の火力を弱に設定する（ステップ＃３１）。温度センサ２の出力Ｔが、終了判定用温度Ｔ１＋３０℃より小さい間は待機し（ステップ＃３２）、終了判定用温度Ｔ１＋３０℃と等しくなると、ガスバーナー３を消火する（ステップ＃４１）。ここまでが図２における第２沸騰維持工程Ｃ２に相当する。以上で、制御手段５による火力制御を終了する。
従って、この炊飯制御にあっては、本願にいうところの「平衡検知タイミングｔｄ」が得られるご飯の性状に大きく影響する。
【００３３】
３．沸騰抑制手段の具体的構成例
図２に示す火力制御で炊飯を行う際、本願発明の炊飯用鍋４を用いる場合には、沸騰抑制手段１３により、沸騰維持工程Ｃ（第１沸騰維持工程Ｃ１）におけるセンサ当接部１１での局所沸騰が抑制されるため、局所沸騰によって温度センサ２の出力Ｔが変動することを抑えられる。このため、沸騰維持工程Ｃが開始されてから平衡検知タイミングｔｄに至るまでのタイムラグが短くなり、消火までの沸騰維持工程Ｃの加熱時間Δｔｃをより高精度に設定できるようになる。以下では、沸騰抑制手段１３の実施例を説明する。
【００３４】
〔第１実施例〕
図１（ｂ）に示すように、沸騰抑制手段１３の一例としては、センサ当接部１１の材料を、センサ当接部１１以外の材料より熱伝導性の悪い金属１３ａで構成することができる。図１（ｂ）の例では、炊飯用鍋４の材質をアルミニウムとし、センサ当接部１１の材質をステンレスとしている。なお、図１（ｂ）の例では、センサ当接部１１全体を別材料としたが、センサ当接部１１の一部のみを熱伝導性の悪い金属１３ａとしても構わない。具体的には、炊飯用鍋４の鍋底を多層構造とし、最外層を一体として形成するとともに、内側の層をセンサ当接部１１と、それ以外とで別々の材料で作成しても構わない。
【００３５】
ここで、図１（ｂ）に炊飯用鍋４の内面の各箇所における熱流束の大きさを、矢印で示す。このような構成とすることで、図に示すように、センサ当接部１１の内面近傍における熱流束を、センサ当接部１１以外での熱流束よりも小さくなる。このため、センサ当接部１１の温度上昇が緩やかになり、局所沸騰が起きる可能性を小さくすることができる。
【００３６】
〔第２実施例〕
図４に示すように、沸騰抑制手段１３として、センサ当接部１１の内面に平滑な均熱板１３ｂを貼り付けた構成としても良い。図４の例では、均熱板１３ｂを、鉛直方向に見てセンサ当接部１１の周辺部まで覆う大きさとし、材質としてはアルミニウムを用いている。このような構成により、図４に矢印で示すように、均熱板１３ｂ表面近傍での熱流束を均一なものとし、少なくともセンサ当接部１１において局所沸騰が起きる可能性を小さくすることができる。
【００３７】
〔第３実施例〕
図５に示すように、沸騰抑制手段１３として、炊飯用鍋４のセンサ当接部１１にあたる鍋底内面に、表面粗さが、センサ当接部１１以外より小さくなるように仕上げられた高精度領域１３ｃを備える構成としても良い。このような構成とすれば、センサ当接部１１以外に比べ、センサ当接部１１の表面近傍において熱流束にばらつきが生じるおそれを小さくすることができるとともに、局所沸騰の核となるような箇所を減少させることができる。
【００３８】
４．実験結果
最後に、従来の沸騰抑制手段１３を備えない場合と、本願発明に係る沸騰抑制手段１３を備える場合との比較実験の結果を図６に示す。図６の各グラフの縦軸は、温度センサ２の出力（温度(℃)）Ｔを、横軸は炊飯用鍋４の加熱を開始してからの時間を示している。また、グラフ下部の矢印は、それぞれ吸水工程Ａ、昇温工程Ｂ、沸騰維持工程Ｃ、及びむらし工程Ｄを示している。図６（ａ）は、沸騰抑制手段１３を備えない従来の炊飯用鍋４を用いたときの温度変化の様子を、図６（ｂ）は、沸騰抑制手段１３を備える本願発明に係る炊飯用鍋４を用いたときの温度変化の様子を表している。
【００３９】
従来の炊飯用鍋４では、図６（ａ）に示すように、沸騰維持工程Ｃの開始直後において、センサ当接部１１での局所沸騰によるものと思われる急激な温度変化がみられた。このため、沸騰維持工程Ｃ開始から平衡検知タイミングｔｄまでの間が空いてしまった。
【００４０】
これに対し、本願発明に係る炊飯用鍋４では、図６（ｂ）に示すように、沸騰維持工程Ｃの開始直後に、急激に温度が変化することはなく、沸騰維持工程Ｃ開始と平衡検知タイミングｔｄとの間のタイムラグを小さくすることができた。その結果、理想的な硬さをもつご飯の水分率である、６３〜６３．５％の水分率のご飯を安定的に炊くことができるようになった。
【００４１】
このように、本願発明に係る炊飯用鍋４においては、センサ当接部１１での局所沸騰によって生じる沸騰維持工程Ｃ開始と平衡検知タイミングｔｄとの間のタイムラグを小さくすることができ、もって、沸騰維持工程Ｃにおける加熱時間をより高精度に制御することができる。
【００４２】
〔その他の実施形態〕
（１）上記実施形態においては、本願発明に係る炊飯用鍋が、ガスコンロで用いられる場合の一例を示した。しかし、本発明は上記実施形態に限らない。すなわち、本願発明に係る炊飯用鍋を、ガス炊飯器に用いても構わない。
【００４３】
（２）上記実施形態においては、本願発明に係る制御手段５がガスバーナー３の火力を制御する一例として、図２に示す制御を示した。しかし、本発明は上記実施形態に限らない。すなわち、例えば、制御手段５が吸水工程を省略するような火力制御（いわゆる、早炊きモード）を行っても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、鍋の底面の温度である鍋底温度を測定する温度センサが底面に当接され、ガスバーナーに形成される燃焼火炎で加熱される炊飯用鍋に適用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１        ：ガスコンロ
２        ：温度センサ
３        ：ガスバーナー
４        ：炊飯用鍋
５        ：制御手段
１１      ：センサ当接部
１３      ：沸騰抑制手段
１３ａ    ：熱伝導性の悪い金属
１３ｂ    ：均熱板
１３ｃ    ：高精度領域（表面粗さが小さい領域）
Ａ        ：吸水工程
Ｂ        ：昇温工程
Ｃ        ：沸騰維持工程
Δｔｃ    ：加熱時間
【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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