(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
調理物を入れる調理用内部空間と、
一台以上のエネルギ蓄積装置から供給される電流を流す回路と、
前記電流により駆動される複数の線メッシュ加熱エレメントであって、前記調理物を加
熱できる大きさを有し、前記調理物を加熱できる位置に配置される複数の線メッシュ加熱
エレメント、および該複数の線メッシュ加熱エレメント間にある間隙を備える主ヒータと
、
表面を有し、調理物が調理領域を通過する時に前記調理物を支持する可動ベルトと、を
有し、
前記間隙が前記線メッシュ加熱エレメントのオフ期間の代わりとなり、
前記複数の線メッシュ加熱エレメントの駆動時間は各々個別に制御され、
前記複数の線メッシュ加熱エレメントの各々は黒体輻射表面領域を有し、前記黒体輻射
表面領域は前記可動ベルトの前記表面と平行で前記可動ベルトに沿って延びる面内に配置される輻射オーブン。 
【請求項２】
前記一台以上のエネルギ蓄積装置は電池である請求項１に記載の輻射オーブン。
【請求項３】
前記主ヒータは、少なくとも一つの面内にあり互いに平行に配置された複数の線メッシュ加熱エレメントを有する請求項１に記載の輻射オーブン。
【請求項４】
前記主ヒータは、２以上の面内にあり互いに平行に配置された複数の線メッシュ加熱エレメントを有する請求項１に記載の輻射オーブン。
【請求項５】
前記主ヒータは、少なくとも一つの平面マトリックス内に配置された複数の線メッシュ加熱エレメントを有する請求項１に記載の輻射オーブン。
【請求項６】
前記可動ベルトは一定速度で動く請求項１に記載の輻射オーブン。
【請求項７】
一つ以上のメッシュの端部の一端に取り付けられた第１のバスと、
前記一つ以上のメッシュの端部の他端に取り付けられた第２のバスと、をさらに有する請求項１に記載の輻射オーブン。
【請求項８】
一台以上の前記線メッシュ加熱エレメントの近傍に配置され、被調理物に向けて輻射線を反射させる
一つ以上の反射器をさらに有する請求項１に記載の輻射オーブン。
【請求項９】
前記可動ベルトはループを形成し、一つ以上の前記線メッシュ加熱エレメントが前記ループ内に配置される請求項１に記載の輻射オーブン。
【請求項１０】
前記表面は頂面と底面とを含み、一つ以上の前記線メッシュ加熱エレメントが前記頂面上に配置され、残りの前記線メッシュ加熱エレメントが前記底面の下に配置される請求項１に記載の輻射オーブン。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
加熱する方法ではニクロム線を使用する場合がある。ニクロム線は、埋め込み型のセラミックヒーターとともにヘアドライヤーやトースタのような電気機器で普通に用いられる。ニクロム線は引張り強度が高く、１２５０℃ほどの高温でも容易に稼働できる。ニクロムは次のような物理的特性を有する（特に記載のないかぎり標準的な大気温度および圧力）。
【０００２】
【表１】
0006498121.tif 000002
【発明の概要】
【０００３】
本願発明の代表的な実施形態は、被料理物を入れる料理用の内部空間と、一台以上のエネルギ蓄積装置から供給される電流を流す回路と、前記電流により駆動される複数の線メッシュエレメントであって、前記調理物を加熱できる大きさを有し、前記調理物を加熱できる位置に配置される複数の線メッシュエレメント、および該複数の線メッシュエレメント間にある間隙を備える主ヒータと、を有する輻射オーブンを開示するものである。
【０００４】
本願発明の代表的な実施形態は、被調理物を複数の線メッシュエレメントを含む調理用内部空間の中に配置し、エネルギ蓄積装置からの電流を前記複数の線メッシュエレメントに流す加熱方法を開示するものである。
【０００５】
前記した一般的な説明および後記する詳細な説明はともに代表的なものであり、説明のためのものであり、特許請求の範囲についての詳細な説明を与えるものであることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
添付した図面は、本明細書に含まれ本願発明の理解に役立ち、本明細書と一体となり、本明細書の一部を構成し、本願発明の実施形態を図解し、発明の詳細な説明とともに本願発明の原理を説明するものである。
【０００７】
【図１】図１はメッシュエレメントの輻射領域をメッシュ素線の中心間距離の関数として図解するグラフである。
【図２】図２はメッシュエレメントの電気抵抗を素線の半径およびメッシュ間隔の関数として図解するグラフである。
【図３】図３は１２５ｍｍ×２５０ｍｍの両面メッシュオーブンの温度上昇時間が素線の半径、メッシュ間隔、パワー出力２０ｋＷに依存することを示す。
【図４】図４は図１と図２を合成したグラフであり、高速オーブンをデ・ルーカ・エレメント比が０．１１オーム／ｍ２に近い状態で調理させることが可能な領域を示す。
【図５】図５はメッシュシステムを有する２４Ｖオーブンを示す。
【図６】図６は、コンベヤベルトと複数の線メッシュ加熱エレメントとを有する高速オーブンの等角斜視図である。
【図７】図７は、４台の高速オーブンを積み重ねたものの等角斜視図である。
【図８】図８は、カバーのない４台の高速オーブンを積み重ねたものの等角斜視図である。
【図９】図９は、高速エネルギ蓄積型の様々な線メッシュセグメントによって消費されるエネルギの表である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本願発明の代表的な実施形態が示されている添付図面を参照して、本願発明についてより完全に説明する。しかしながら、本願発明は多くの異なる形態で実施され、以下記述される実施形態に限定されて解釈されてはならない。むしろ、これらの代表的な実施形態を説明することにより、開示内容が包括的であり、当事者に対して本願発明の技術的範囲を伝えるものである。開示の目的で用いられる「Ｘ、ＹおよびＺのうちの少なくとも一つ」は、Ｘのみ、Ｙのみ、Ｚのみ、またはＸ、ＹおよびＺの２つ以上の要素（例えばＸＹＺ,ＸＺ，ＸＹＹ，ＹＺ，ＺＺ）の任意の組み合わせであると解釈されることがわかる。添付図面および発明の詳細な説明を通して、同一の図面の参照番号は、別な解釈をすることが述べられていなければ、同一の要素、特徴または構造を指し示すものと解釈される。このような同一符号の複数の要素は、相対的な大きさや記載は明確にするために強調される場合がある。
【０００９】
本明細書で使用される用語は、特別な実施形態を説明するためだけのものであり、本明細書の開示内容を限定するためのものではない。本明細書で用いられている単数形である、「a」、「an」および「the」は文脈から違うことが明らかな場合を除き、複数形も含む。また、「a」、「an」等を用いても、量を限定することを表すものではなく、参照される物が少なくとも一つ存在することを表す。「第１」、「第２」等は、何か特別な順番を意味するものではなく、これらを用いることで個別の要素を区別するものである。さらに、「comprises」および／もしくは「comprising」または「includes」および／もしくは「including」がこの明細書中で用いられるとき、これらの用語は、述べられている特徴、領域、整数、ステップ、動作、要素、および／または部品が存在することを明らかにするが、一つ以上の他の特徴、領域、整数、ステップ、動作、要素、部品および／またはこれらのグループが存在する、または付加されることを排除するものではないことがわかるはずである。一つ以上の代表的な実施形態に関して記載される特徴があるが、一つ以上の実施形態についてのある特徴が、一つ以上の実施形態についての他の特徴と結合できるというような形で本発明の態様を制限してはならない。
【００１０】
以下、添付図面を参照して輻射オーブンおよび複数の抵抗線からなるメッシュのエレメントを用いる加熱方法の代表的な実施形態を詳細に説明する。
【００１１】
オーブン内部でニクロムの使用を考えると、ニクロムの抵抗特性だけでなく、ニクロムが熱くなった場合のその黒体輻射を考慮することが重要である。
【００１２】
抵抗エレメントの一般的な特性によれば、抵抗は導体の長さに比例し、導体の面積に反比例する。
【００１３】
【数１】
0006498121.tif 000003
【００１４】
ここでρは抵抗率であり、ρ＝１／σとなる。Ｌは導体の長さであり、Ａは導体の断面積であり、Ｔは導体の温度であり、Ｔ０は基準温度（通常室内温度）であり、ρ０は温度Ｔ０における抵抗率、αは単位温度あたりの抵抗率の変化であり、ρ０に対する百分率で表され、ＬとＡは使用温度範囲で不変であると仮定する。また、ρ０とαは考慮対象の導体に依存する定数であることがわかる。ニクロムの場合、ρ０は２０℃での抵抗率でありすなわち１．１０×１０−６、αはα＝０．０００４である。前記から、抵抗エレメントの半径を２倍にすると、抵抗は４分の１になり、その逆も成り立つ。
【００１５】
抵抗エレメントから放散されるパワーは、Ｉを電流、Ｒを単位がオームの抵抗、Ｖを抵抗エレメント両端の電圧とすれば、オームの法則からＶ＝ＩＲであるから、Ｐ＝Ｉ２Ｒとなる。
【００１６】
電池のような定電圧電源と抵抗エレメントの場合、抵抗エレメントを流れる電流はその抵抗の関数となり、前記でＲを代入し、オームの法則を用いると、（式２）のようになる。
【００１７】
【数２】
0006498121.tif 000004
【００１８】
ニクロム線のような抵抗エレメントの場合、抵抗エレメント内部で発生する熱は輻射により放散し抵抗エレメント全体が冷える。
【００１９】
ここで、抵抗エレメントの黒体特性を考える。抵抗エレメントが黒体としてふるまうと仮定すると、シュテファン−ボルツマンの式により輻射により放散されるパワーは、次のようになる。
【００２０】
【数３】
0006498121.tif 000005
【００２１】
さらに、輻射強度が最も高くなる波長λはウィーンの法則によって与えられ次のとおりとなる。
【００２２】
【数４】
0006498121.tif 000006
【００２３】
ここで、σはシュテファン−ボルツマン定数であり、５．６７０×１０−８Ｗ・ｍ−２・Ｋ−４である。ｂはウィーンの変位定数であり、２．８９７×１０−３ｍ・Ｋである。
【００２４】
効率を最大とするため好ましい稼働時の波長である２ミクロン（２×１０−６）を必要とする調理オーブンのような応用では、ウィーンの法則に基づけば抵抗エレメントの温度は１４００Ｋすなわち１１２７℃に近くなるはずである。シュテファン−ボルツマンの式から、２つの加熱側面を有する小型オーブンには約４×０．２５ｍ×０．２５ｍすなわち約０．２５ｍ２の稼働表面積があり、このオーブンのＷは２０、０００ワットに近くなるはずである。
【００２５】
安全で高出力のトースタまたはオーブンの場合、２４ボルト以下の低電圧でシステムが稼働する必要がある。したがって、稼働温度で効率が１００％ならば、（式２）で２０、０００Ｗとすれば、エレメントの抵抗は約０．０４１オームとなる。稼働温度を室温まで下げると（１４００Ｋから２９３Ｋ）、抵抗エレメントの抵抗率は（式１）に基づき約１．４４分の１に低下するので、室温での抵抗が０．０２８４オームのエレメントが必要になる。
【００２６】
ここで、抵抗エレメントの抵抗と抵抗エレメントの黒体としての特性の関係について考える。
【００２７】
ヒータの黒体輻射面積に対する同じヒータの抵抗の比率はオーブンの設計における重要な制約条件になる。本明細書では、この比率をデ・ルーカ・エレメント比と呼ぶ。０２５平方メートルの面積範囲において波長２ミクロンで稼働する食物用の理想的なオーブンの場合、(室温での)デ・ルーカ・エレメント比が０．１１３７（オーム／ｍ２（０．０２８４オーム／０．２５ｍ２）。デ・ルーカ・エレメント比は、エレメント材料の抵抗と輻射表面積にのみ依存し、システムが稼働する電圧とは無関係である。さらに、抵抗線に関して言えば、抵抗線の長さはこの比率を変化させない。
【００２８】
表２はいくつかの市販のニクロム線のサイズのメートル当たりの抵抗およびこれらのエレメントのデ・ルーカ・エレメント比を表にしたものである。これらのニクロム線のデ・ルーカ・エレメント比が、オーブンが１４００Ｋ、２４Ｖおよび０．２５ｍ２の条件で稼働するのに必要な０．１１３７よりもはるかに大きいことは重要である。単一の抵抗線を用いてその両端に電圧をかけることでは、パワーの要件を達成することができないのは明らかである。
【００２９】
一方、１２０Ｖの１５００Ｗで稼働し、０．３３８ｍ２の範囲で５００Ｋとなる家庭用のポップアップトースタのデ・ルーカ・エレメント比は、３５．５が必要である。したがって、０．００１ｍの半径の１ｍのニクロム線の両端に１２０Ｖをかければ十分に条件を満たす。
【００３０】
【表２】
0006498121.tif 000007
【００３１】
０．１１３７に近いデ・ルーカ・エレメント比にするには、低い抵抗または大きい表面積が必要なことは明らかである。
【００３２】
０．１１３７というデ・ルーカ・エレメント比を満たす一つの方法は、半径２ｃｍの大きいエレメントを用いることである。このようなエレメントの問題は、エレメントの固有の熱容量に関するものである。表１からわかるように、室温から１４００Ｋまで温度上昇させるのに６５．４秒かかり、０．３６ｋＷＨのエネルギが必要である。
【００３３】
前記したこの計算は、熱エネルギを単位量が質量である比熱容量に関係づける式から得られる。
ΔＱ＝ｍｃΔＴ
ここでΔＱは抵抗線に与えられた、または抵抗線から奪われた熱エネルギ（ここで、Ｐ×時間＝ΔＱ）であり、ｍは抵抗線の質量であり、ｃは比熱容量であり、ΔＴは最終温度から最初温度を引いた温度変化である。
【００３４】
したがって、エレメントを加熱するのに必要な時間は異常に長く、短い調理時間の目標を達成できない。
【００３５】
抵抗を低くする別な方法は、複数の抵抗体を平行に配置することである。キルヒホッフの法則により、平行に配置された複数の抵抗体の集合抵抗が予測される。
【００３６】
【数５】
0006498121.tif 000008
【００３７】
次の表３は、表１中の各エレメントを用いて、導体を並列に配置する場合にデ・ルーカ・エレメント比を０．１１３７とするのに必要な導体数を表にしたものである。これらのエレメントを表面全体にわたって均等に配置、分散させるのは極めて難しく、製造するのは不可能であることは明らかである。また、半径が０．０００２メートルより大きい複数のエレメントを用いる場合、その複数のエレメントの合わさった重量を室温から１４００Ｋまで２０ｋＷの電力で加熱するのに要する時間は、調理時間が数秒であることからすると長すぎることがわかる。
【００３８】
【表３】
0006498121.tif 000009
【００３９】
要するに、次の発明では抵抗メッシュエレメントを用いることにより、高出力オーブンを作製することができる。熱輻射する表面の面積だけでなく、メッシュの厚さも改良することにより、所望の波長を出力するようにヒータエレメントが設計されている。ヒータは、容易にオーブンに組み入れることができる単一のユニットのメッシュからなり、（おおよそ数秒程度未満の）極めて早い加熱を可能にするように質量が小さくされている。
【００４０】
具体的には、１４００Ｋで稼働する高速応答（２秒未満）のオーブンの用途に適したデ・ルーカ・エレメント比になるように、線メッシュ布のデザインは調整されている。
【００４１】
代表的な実施形態によれば、応答時間が早いオーブンを稼働させるメッシュのデザインは、素線の直径が０．３ｍｍで、素線間の距離が０．３ｍｍ、で、稼働電圧が２４Ｖのニクロム線ワイヤメッシュからなる。
【００４２】
最良のメッシュのデザインを考えると、エレメントの抵抗だけでなく、次の要因に応じｔｒ変化する黒体輻射の面積を評価することが重要である。
（１）  メッシュの単位面積あたりの素線の数
（２）  メッシュ素線の半径
（３）  メッシュ素線の材料
（４）  素線間で輻射が妨げられる可能性
【００４３】
図１は素線の数と素線の間隔に応じて黒体面積を表したものである。興味深い点は、素線の間隔が素線の半径に応じて変化する場合、表面の面積は素線の半径とは無関係であることである。
【００４４】
前記した（式５）を用いて、特定の素線の半径のメッシュの抵抗を計算できる。図２は素線の半径とメッシュの間隔に応じて変わるニクロム線メッシュエレメントの電気抵抗を示す。素線の数が極めて多くなり、抵抗が極めて低くなると、（式５）の適用には限界があることがはっきりする。このように、室温での金属中の電子のランダム運動に関係する原子効果によって最低抵抗の限界値が決められている。
【００４５】
ニクロムをメッシュの素線材料として用いて、システムを２０ｋＷで稼働させるとき、１４００°Ｋの動作温度まで温度上昇させる時間は、素線の半径とメッシュの間隔に応じて変わる（１２５ｍｍ×２５０ｍｍの２倍という公称サイズが用いられる）。図３が示す領域の下側では２秒未満の温度上昇が可能であう。
【００４６】
図４は、図１と図２とを合成したグラフであり、高速オーブン調理に適用可能な、０．１１オーム／ｍ２に近いデ・ルーカ・エレメント比を有する領域を示す。
【００４７】
図５は、上側および下側線メッシュ１、２を有し、２４Ｖで動作するオーブン３の写真である。各線メッシュは１２５ｍｍ×２３０ｍｍのサイズで、各線メッシュ（１および２）は７６６本の１２５ｍｍの長さのフィラメントが４１６本の２３０ｍｍの長さのエレメントを横切って織られている。各エレメントの直径は０．３ｍｍである。２４Ｖの電池が７６６本のエレメントの端から端までを跨いで、バスバー４、５に配置される。直径０．１４ｍｍの線からなる素線の線表面積は０．０００４４０ｍ２／ｍである。したがって、（上側と下側のエレメントを合わせた）総表面積は次のように計算できる。
総黒体輻射面積＝２×０．０００４４０×（４１６×０．２３＋７６６×０．１２５）＝０．１６８ｍ２
【００４８】
バスバー４と５および６と７の間の抵抗の測定値はともに０．０４±０．０１オームである（ここで、バー４と６および５と７はそれぞれクロスバー^８、９により接続されている。したがって、これらのエレメントのデ・ルーカ・エレメント比を計算すると次のようになる。
０．０２オーム±０．０１オーム／０．１６８ｍ２＝０．１１９±０．０６オーム／ｍ２
この値は、最も理想的な調理時間となるデ・ルーカ・エレメント比の所望の値の実験誤差の範囲内にある。また、これらの実験値は図４から予測される値に近い。
【００４９】
パネル１０、１１は、領域１２内に配置される物に熱輻射を集中させるのに用いられる反射板である。
【００５０】
代表的な実施形態によれば、０．１４ｍｍの直径のニクロム線を用い、２４Ｖで稼働させる場合、メッシュのサイズは、０．３ｍｍ×０．３ｍｍのメッシュ（２×Ｒ）となる。
【００５１】
複数の線メッシュセグメントを用いるオーブンでは、調理される物はコンベヤにより、該複数の線メッシュセグメントの間を運ばれ、間欠的な輸送と比べて、より連続的な流れのプロセスが可能である。各線メッシュセグメントまたは各加熱エレメントの加熱強度および加熱時間は、個別に制御できる。本実施形態には、高流速で加熱または冷却できるという利点がある。オーブンをカスタマイズするのに、その構成を変える必要がない。
【００５２】
各線メッシュセグメントの端から端までの部分と複数の線メッシュセグメントの端から端までの部分の間の間隙は、オンとオフのパルスが印加されるオーブンと同じ効果を与える。この効果により、例えば、食物を調理する場合のような連続的なプロセスフローが可能になる。
【００５３】
代表的な実施形態によれば、コンベヤは一定速度で進行し、調理される物はベルト上に配置される。複数の線メッシュセグメントを配置して、ベルトの上面と下面の両方を加熱する場合がある。複数の線メッシュセグメントをベルトの上面と下面のいずれかを加熱するように配置する場合もある。
【００５４】
加熱すべき物または食品は、ベルトによって前方に輸送され、線メッシュエレメントが輸送される物を加熱する。被加熱物が線メッシュセグメントに近づく時、線メッシュセグメントまたは加熱エレメントは既に通電状態か、または通電される。その後、被加熱物は線メッシュセグメントの下を通り、加熱される。
【００５５】
ある実施形態では、被加熱物が線メッシュエレメントを通り過ぎて輸送されまたは動いていくと、この被加熱物は冷却される。冷却期間の長さは間隙によって決まる。好ましい実施形態では、線メッシュエレメントはニクロム加熱エレメントを有するものでよい。
【００５６】
加熱される物がない場合、線メッシュ加熱エレメントへの通電は停止する。例えば、線メッシュエレメントを用いる通常工程で４秒の通電時間とその後の８秒の非通電時間が設定され、ベルトが１分間に６０インチ（１．５２４ｍ）進むとすると、４インチの長さ（０．１０１６ｍ）のエレメントの後、８インチ（０．２０３２ｍ）のギャップが続く。
【００５７】
ある実施形態では、シールドを設けて赤外線の輻射を反射させることができる。
【００５８】
図６は、複数の線メッシュ加熱エレメント１０２を有する輻射オーブン１００の等角斜視図である。間隙１０４が２つの線メッシュ加熱エレメント１０２の間に設けられている。バス１０８、１１０は複数の線メッシュ加熱エレメント１０２の各々に電流を供給する。ローラー／モータ１１２に亘って配置された可動ベルト１１４が備えられている。加熱すべき物である、例えば、食品はベルト１１４上に配置される。複数の線メッシュ加熱エレメント１０２のいくつかは、ベルト１１４の上方の面１２０内に配置できる。複数の線メッシュ加熱エレメント１０２のいくつかは、ベルト１１４の下方の面１２２内に配置できる。輻射オーブン１００を（図示しない）密閉容器内に配置することもできる。密閉容器は図７中に見える。
【００５９】
図７は、密閉容器内に配置された輻射オーブン２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃおよび２０２ｄからなる積み重ね４台オーブン２００の等角斜視図である。
【００６０】
図８は、輻射オーブン３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃおよび３０２ｄからなる積み重ね４台オーブン３００の等角斜視図である。
【００６１】
図９は、高速エネルギ蓄積型の様々な線メッシュセグメントによって消費されるエネルギの表である。線メッシュセグメントは極めて高い率で熱を出力する。線メッシュセグメントの下方の食物は、その食物の外表面が受けた熱がその食物の内表面まで伝わる場合、オフ期間すなわち停止期間が必要である。停止期間を設ける一つの方法は、食物が加熱エレメントの下で、静止し、動かない状態のときに、線メッシュセグメントを循環させることである。しかし、食物が可動ベルト上に置かれている場合、間隙により線メッシュエレメントのオフ期間を代用させることによって、食物に対する停止期間を設けることができる。
【００６２】
代表的な実施形態では、次の表４で示される継続時間（単位：秒）を用いて、メッシュオーブン内でピザを６０秒で調理することができる。これらの継続時間は、６０インチ（１．５２４ｍ）のコンベヤベルトを備えるオーブンでの線メッシュエレメントのセグメントの長さとセグメント間の間隙とに相当する。このようなベルトを備えるオーブンでは、線メッシュ加熱セグメントを２つの面内、すなわち、上側面と下側面の２つの面内に配置できる。表４は、６０インチ（１．５２４ｍ）のコンベヤベルト内の複数の線メッシュセグメントの端から端までの部分に対するサイクル時間を与える。本願発明のベルトオーブンは、従来技術のベルトオーブンに比べ、半分の時間でピザを調理することができる。他の実施形態では、本願発明のベルトオーブンは、従来技術のベルトオーブンに比べ、４分の１の時間でピザを調理することができる。
【００６３】
【表４】
0006498121.tif 000010
【００６４】
本明細書中で紹介した実施例は、可能性のある具体的な実施をを説明することを意図する。これらの実施例は、主に当業者を対象とした説明を意図したものということがわかる。本明細書中のグラフは実施例から表わされたものである。本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で、本明細書中のグラフおよび作業の変更することできる。例えば、方法のステップまたは作業は、異なる順序でおこなうことができるし、作業を追加、削除または変更することが可能である。
【図１】
0006498121.tif 000011
【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】
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【図８】
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【図９】
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