(57)【要約】【課題】自衛隊・学校・各種団体・コンビニ・ファミレス・スーパーなど向けに一度に大量の調理物を提供する大円形の調理鍋や釜の内、釜底面が平坦な調理釜の底を均等に誘導加熱するため、誘導加熱用ワークコイルから発生した磁束を最適に制御しながら、高信頼にコイルを固定できる釜底構造に関する。【解決手段】コイルの高周波電流によって発生する電磁誘導磁束を案内できる磁性金属リブを釜の底に形成し、そのリブを利用して強固にコイルを固定できる構造体を形成。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面を開放し、下面を平坦な底面とした大円形状の鍋または釜（以下単に釜と称す）と釜の最下面に誘導加熱用渦巻き状ワークコイル（以下コイルと称す）を配し、コイルに流す高周波誘導電流により発生される電磁誘導磁界とその磁束により釜の底に誘導渦電流を流し釜の底を直接誘導加熱する大円形調理釜底であって、高周波誘導電流が誘起する磁束を磁性金属リブによって円形中心から外径側に向かって均等分割配分し放射状に分布させるような磁路を形成し、釜底内部に流れる電磁誘導渦電流を均等に分布させたことを特徴とする大円形調理釜底の構造。
【請求項２】
大円形調理釜を使用して行われる調理は炒める、揚げる、煮る、蒸す、焼くの全てを対象としており釜の底は平坦でなければならずこの中で熱的歪みを最小限にするため釜の底に放射状に補強リブを配置することと電磁誘導磁界を均等に配することは対策的に一致しており両機能を兼用したことを特徴とした釜底の磁路形成兼補強リブ構造。更にこの放射状配置のリブに対しこれと直角に交わるリング状のリブを円周の半径方向に数箇所配置することでコイルの中間付近にドーナツ状に磁束集中することを回避したり、釜の中心に最小径で磁束が集中するようにして釜底全体に渦電流を分布させて流し均等に加熱しようとしたことを特徴とする。
【請求項３】
請求項２に記載した釜底の磁路形成兼補強リブ（以下固定リブと称す）は２本組で並行配置することによりコイル固定座の取り付けを容易にしながら電磁誘導磁束の通過磁路の幅を広くして安定した均等磁束配分ができるようにしたことを特徴とする。
【請求項４】
請求項３に記載した２本の固定リブの間にコイルを直接固定するためのコイル固定座を配置しコイルと接する面を２本の固定リブ高さより数ｍｍ高くしてコイルに接触しないようにしたことを特徴とする。
【請求項５】
請求項４に記載したコイル固定座の材料に高耐熱絶縁材を使用するか、誘導加熱し難いアルミニュームなどの非磁性金属を使用し且つ釜の底に接触しないようにしてコイル絶縁材料に熱的ダメージを与えないようにしたことを特徴とする。
【請求項６】
コイル固定座の固定は２本の固定リブにボルトで締め付け固定するがこのボルトが渦電流によって加熱しないようにコイル固定座が耐熱絶縁材の場合はインサートネジを埋め込み、固定リブの両側面から締め付けることでボルトに渦電流が流れないように両ボルト間を絶縁して固定したことを特徴とする。
【請求項７】
請求項６に対しコイル固定座に非磁性金属を使用した場合、固定ボルトには必ず渦電流が流れるためボルトの材料にはシンチュウ等の良導体金属を使用して発熱を少なくしたことを特徴とする。
【請求項８】
請求項５に記載したコイル固定座に加工するコイル固定用ボルト・ナットの挿入穴を長穴にしながらボルトの回り止め溝加工も同時に施工して渦巻き状コイルの巻きピッチがどこに配置されても締め付けが容易で確実且つ高信頼に施工できるようにしたことを特徴とする。
【請求項９】
コイル固定座の材料には、高価格な高耐熱絶縁材料の使用量を少なくし、低価格な低温の耐熱材料を多く使用できるような組み合わせ式のコイル固定座構造にしてコイルの固定コストを低価格にしたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】この発明は自衛隊・学校・各種団体・コンビニ・ファミレス・スーパーなどに調理物を提供するために一度に大量の調理をする必要のある調理工場に設置する大円形の調理釜の底を誘導加熱する方法に関し、本来均等加熱が困難な電磁誘導加熱により、釜底を斑なく均等に加熱し調理物の温度を一斉に規定値にすることのできる釜底の構造とその釜底へのコイル取り付け構造に関する。
【背景技術】
【０００２】高周波誘導加熱は、コイルに高周波電流を流すことによって、コイルの近傍に配置した磁性金属に高周波磁界を発生させると共に、その磁性金属に誘導電流としての渦電流を発生させ、この渦電流によって磁性金属内にジュール熱を発生させる。
このような渦電流による発熱作用を用いる誘導加熱調理器は、被加熱金属である釜底の真下に設置して誘導加熱調理器内のコイルに高周波電流を流すことにより釜底に渦電流を生じさせ、これにより、釜底に自己発熱を生じさせ、釜内部の調理物を加熱するように構成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】この種の誘導加熱調理器を応用した誘導加熱式大円形調理釜は、釜の底面から数十ｍｍの隙間を介してコイルを配設してコイルに流す高周波電流によって釜底に誘導渦電流を発生させて釜底を加熱する。【０００４】このコイルを固定する方法として従来、釜の底表面に対向して単純には絶縁材を介して固定されるが釜底の表面に直付けされた座にネジなどで固定される場合と釜底表面の近くに釜本体とは別の構造体によりコイルを固定する場合の両方がある。【０００５】しかしながらいずれの方法も釜底面に対し均等に高周波磁界を発生させることができず必ず円形の釜底に対しドーナツ状に磁界が集中しドーナツ状に渦電流が発生してドーナツ状に加熱力が集中する欠点があった。このために釜底の熱歪みも極端に大きくなり釜の底が凸凹になってその周囲の発生磁界強度にも影響を与え誘導渦電流密度が変化してジュール熱による発生熱が不均一になっていた。【０００６】更に釜の中の調理物に与えられる熱も不均一になって製品の仕上がり品質も悪いという問題があり調理物を攪拌しようとしても上述した如く釜底が熱歪みを起こしており十分な攪拌ができないという問題に発展していた。【０００７】本発明は、上述の課題を解決するものであり、大円形調理釜の底を均等に誘導加熱できるように釜底の被加熱面に当たる部分の構造とコイル固定構造を工夫して釜底面の強度を向上させながら高周波磁界の均一性をも高められる構造を提供することを目的とする。
【問題を解決するための手段】
【０００８】上記目的を達成するために、本発明の請求項１の大円形調理釜底表面には中心から外径方向に向かって放射状に磁性金属リブを配置しその下に載置したコイルによって発生した電磁誘導磁束を釜の中心から外径方向に向かって放射状に通過させる磁路として機能させこれと直角に発生する渦電流を釜底面の半径方向に均等配分して流れるようにしたことを特徴とする。即ち磁路としての磁性金属は釜底面に溶接固定する。
【０００９】請求項２の固定リブは釜底の熱歪み防止補強にも機能できるように釜底に対し強固に溶接固定するものとする。その際単なる機械的な強度向上ではなく磁束の通過磁路とするために磁性金属は薄板で幅広のものを釜底に対しエッジ状に立てて溶接し単に数多く配分するのではなく円周上を均等角度配分し中心から外径方向に向かって放射状に固定することが要求される。又半径方向に発生した磁束が不規則に回帰しないよう固定リブに直角に鎖交するリング状リブを適正に配置し半径方向の中間付近での磁束集中を避けている。
【００１０】請求項３に述べるように磁束通過用リブを２本組で配置することで磁束の性質としてある近くに存在する磁性体に近接しようとする現象に幅を持たせて磁束が円周上で均等角度的に分散回帰する際ばらつきが最小になるようにした。
【００１１】ここで請求項４及び請求項５のように２本の固定リブの間にコイル固定用耐熱材料を挟み込みこれにコイルを固定するための加工を施してコイルを固定する際コイルが固定リブに接しないように固定リブの高さよりコイル固定用耐熱材料の取り付け高さを数ｍｍ高くしたことを特徴としその際コイル固定用耐熱材料と釜底との隙間を取り固定リブを含む釜底の温度がコイルに伝導し難い構造にしたことを特徴とする。
【００１２】請求項６に述べるように高耐熱絶縁材料をコイル固定座に使用する場合は熱伝導の防止とコイルとの絶縁確保の両方を処置することができるがコイル固定座を挟む２本の固定リブにボルトを貫通させると渦電流が流れてボルトが加熱するため高耐熱絶縁材料にはインサートネジを埋め込み両固定リブ側からボルトを挿入してコイル固定ボルトは絶縁状態で固定する。
【００１３】請求項７に述べるようにコイル固定用耐熱材料に非磁性金属を使用し誘導による自己発熱を回避してコイルに伝導する熱を最小限にした場合はコイルとのアース接地の起こらないようコイルと非磁性金属の間に高耐熱絶縁材料のライナーを挿入し十分な沿面距離を確保した確実な絶縁を施工する。
【００１４】請求項８に述べるようにコイル固定材料に加工する長穴によってコイルの巻きピッチがどの位置にきても固定用ボルトを移動でき且つ適性位置でボルト締め付けが可能なように回り止め用の段付きザグリ溝加工を施し、確実に固定できるようにしたことを特徴とする。
【００１５】請求項９においてはコイル固定用耐熱材料に絶縁材料を使用した場合で一般に高耐熱絶縁材料は非常に高価であり使用量を少なくすればするほど安価になる。そこで釜の底や固定リブの高温になる部分のみに高耐熱絶縁材料を使用しそれ以外の場所には低温用低価格材料を組み合わせて使用できるよう加工したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】現在使用されている大円形調理釜は大部分がガスまたは蒸気加熱式でガスの燃焼効率上または蒸気耐圧の関係から釜の直径は小さく釜底は半球面体形状をしている。この形状は釜の中心付近に在る調理物に対して熱を与え難いため調理物を釜内部で攪拌するのであるが攪拌することで調理物の煮崩れが起こる。また炒め調理をする場合は余分な水分を取り去る必要があり釜底にある調理物から水分を取り去るために調理物を反転することが必要であるが球面形状の釜底では調理物は釜底の中心に寄ってしまい反転し難い。
【００１７】今回発明の直径を大きく釜底を平らにした大円形調理釜の加熱方式によれば、釜底の磁束配分を均等にできて渦電流を均等に流し釜底全体を均等加熱できるようになっており調理物を釜面全体に薄く広げて調理でき、煮炊き調理では攪拌の必要が無くなり煮崩れが無くなる。また炒め調理をする場合も調理物を釜面全体に薄く広げて調理できるため余分な水分の除去が容易で食材の反転も非常に簡単になる。現行品の中にはこの釜と同種で大円形調理釜の底を誘導加熱する方法としたものがあるが本案のようにコイル及び発生磁束通過を工夫するのではなく釜そのものを回転させて均等加熱する方法であり釜が回転することで折角加熱した釜の熱が空中に放熱し約１０％の熱ロスが発生する。本方式では釜が固定式で熱ロスは最小に抑えられるだけでなくコイルと釜底の空隙が変化せず加熱力が常に一定になる。またコイル位置が変わることもなく加熱のモードも変化しない。更に釜の縁に付着した食材に雑菌が繁殖するのを防ぐ目的で別熱源である抵抗ヒーターなどで釜の縁を１００℃程度に余熱することも容易である。一方回転式では非接触の誘導加熱方法以外では効率のよい加熱できないため釜底から立ち上がった釜の縁の加熱対策は非常に困難である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は従来のままの形状をした釜底５を誘導加熱した場合を示し、単に渦巻き状コイル１を釜底下に近接して置き誘導加熱した場合、誘導磁界１２の発生分布がどのようになるかをシュミレーションした場合を示す。これによれば釜の底にコイルを一様に分布して巻いても磁界強度変化曲線４は釜の中心と外周の磁界強度が極端に低下し、釜底面中間径付近の磁界強度が高くなることが判る。即ち釜底面中間径付近に誘導渦電流が集中して流れドーナツ状の加熱モードになる。【００１９】又、釜底の平坦度が悪くてコイルと釜底の空間距離に数ｍｍの変化が発生したりコイル自身の巻きピッチの変化で釜底面を真下から見た場合の磁界強度が斑島状１１に変化しそこに発生する磁束２の密度が変わることで渦電流が蛇行し、それに連れて釜底の発熱分布が変わってしまう。ここで磁界の等強度曲線を７と８に示し７は理想状態を示し８はコイルと被加熱体の関係で変化する様子を示す。【００２０】第２図は請求項１に示す如く釜５の底に磁性金属リブ１２〜１６を溶接付けすることによって磁束２を適正に通過させる磁路を形成させた例を示す。これによれば第３図に示すようにコイルによって発生する誘導磁束２は釜底面の中心から外径方向に放射状に配した磁性金属リブ１２・１３によって形成された磁路により強制的に均等配分された磁束が釜底面の円周を等角度分割して分布する。この結果、磁界の等強度曲線１９は理想状態の７に近似してくる。また請求項２で述べるようにリング状のリブ１４〜１６によって案内された磁束はその場所でコイルの反釜底側に回り込むように回帰し、磁界強度変化曲線４は１７になりその場所の誘導渦電流量を軽減して集中加熱状態を避けるように働く。【００２１】第４図はコイルを固定する方法を示し請求項３で述べている如く固定リブ１２〜１６を２列構成にして誘導磁束２を効率よく収束できるようにしながらコイル固定座２１・２２を適正に釜底に取り付けられるようにしてコイル間の隙間を正確に保持できるようにしてある。このコイル固定座２１・２２は請求項４に述べる如くコイル座固定用ボルトナット２９によって釜底に固定され固定リブ１２〜１６より数ｍｍ高くコイルが固定できる位置を保持し熱的に影響しないように且つ絶縁確保上も問題無いようにしてある。【００２２】第５図は第４図でいうコイル固定座２１・２２を裏側から見た図で釜側への取り付け面を示す。材料に非磁性材のアルミニュームを使用すれば請求項５に述べるように誘導加熱作用から回避されコイルに熱的ダメージを与えない効果がある。請求項６の効果を出すように絶縁材を使用した場合は第６ｂ図に示すようにコイル固定座２１・２２の幅方向の中間を貫通させない止まり穴にし両側面からインサートネジを埋め込みコイル座固定用ボルトナット２９を一箇所に２本使用して両側面から固定できる構造にする。【００２３】第６ａ図はコイル固定座２１・２２を裏側から見たる図の詳細であるが材料にアルミニュームを使用し側面方向から貫通穴を加工し請求項７でいうシンチュウ製等の良導体金属ボルトを使用して固定する場合の構造例である。又この構造の内、請求項８でいうコイル固定ボルトナット２８のボルト貫通長穴にザグリ加工した面にコイル固定用ボルト２８の頭部端面が嵌まり込む状態にすることで回り止め機能構造３０となる。図６ｂはコイル固定座２１・２２に耐熱絶縁材を使用した例でありコイル座固定用ボルトナット２９への渦電流を遮断しコイル固定座絶縁に熱的な影響を与えないようにした構造を示す。【００２４】第７図は請求項９で述べるコイル固定座２１・２２を低価格化するための方法を示し釜底５及び金属リブ１２・１３の高温部に接触する部分のみに高耐熱絶縁材２４・２６を使用しその他の部分は低価格の低温向き絶縁座を使用した一構造例である。ここで重要な点である高温接触部に必要最少量で高耐熱絶縁材２４・２６を使用し釜底５に低価格の低温向き絶縁座が接触しないように隙間２７を確保したその他の構造であっても本案に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】大円形状の釜底を従来からの電磁誘導加熱方式で加熱した場合の加熱状況
【図２】図１を改善する目的で釜底に磁性金属リブで磁路を均等配置した図
【図３】図２の釜底構造にコイルを配し電磁誘導加熱した場合の磁束発生状況
【図４】コイル固定座を釜底に固定し、その上にコイルを固定した状態を示す
【図５】コイル固定座を図４に示す状態の裏側から見た図を示す
【図６ａ】図５の詳細図を示しアルミニューム材等非磁性金属材を使用した場合
【図６ｂ】同上で絶縁材を使用した場合
【図７】コイル固定座の低価格製作例を示し、高低価格材料の組み合わせ例
【符号の説明】
【００２６】１  渦巻き状ワークコイル
２  誘導磁束
３  誘導磁界強度方向
４  誘導磁界強度曲線または渦電流発生密度曲線
５  鍋または釜
６  磁界強度観測軸
７  磁界の等強度曲線（期待モード）
８  磁界の等強度曲線（蛇行した場合）
９  鍋または釜の中心
１０磁界強度が不均一になる範囲
１１誘導磁束密度が高くなる範囲
１２磁路形成用磁性金属リブ（長い物）
１３磁路形成用磁性金属リブ（短い物）
１４磁路形成用磁性金属リブ（湾曲形状）
１５磁路形成用磁性金属リブ（小リング状）
１６磁路形成用磁性金属リブ（大リング状）
１７改善後の誘導磁界強度曲線または渦電流発生密度曲線
１８磁束回帰位置
１９改善後の磁界の等強度曲線
２０磁路に収束された磁束モード
２１コイル固定座（長）
２２コイル固定座（短）
２３コイル押さえ座
２４高価高耐熱コイル固定座
２５低価格低温向きコイル固定座
２６高価高耐熱コイル固定座
２７低価格コイル固定座が釜底に接触しない隙間
２８コイル固定用ボルトナット
２９コイル座固定用ボルトナット
３０コイル固定用ボルトの回り止め
３１コイル座固定用ボルト穴
３２コイル座固定用インサートネジ穴
【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６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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