JPS6325244B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子レンジやオーブン電子レンジ、ガ
スオーブン等のような加熱装置に関するもので、
自動調理制御を行なわせることを目的とするもの
である。

従来のこの種加熱装置では、タイマーにより被
加熱物の加熱状態を制御している。この方法では
被加熱物の種類あるいは量によつてそれぞれ加熱
時間あるいは加熱温度が異なるので、それぞれに
応じてあらかじめ加熱条件を設定してやらねばな
らず、、めんどうで、その設定をあやまれば調理
も失敗してしまうという欠点があつた。最近で
は、上記の問題点を克服するため、温度センサや
湿度センサにより加熱状態の自動制御が試みられ
ている。

その一つの温度センサを用いたものでは排気口
に温度センサを設け雰囲気の温度変化により被加
熱物の温度を検出することが試みられた。しか
し、この方法では排気口の温度変化と被加熱物の
加熱温度との的確な相関関係がなかなか得られが
たい。そこで、温度センサを直接被加熱物に挿入
して、温度制御を行なうことが開発され、この方
法においては、たとえば肉のかたまり等の被加熱
物の下ごしらえでは比較的良好な結果を示す。し
かし、最終加熱では加熱むらが生じたり、焦げ目
の程度の判別がむつかしい。また野菜類の多くの
ものやケーキなどには温度センサを挿入できない
ので、これらには適さない。さらにまた使用時に
おいて、被加熱物のかすやにおいなどが残るの
で、再使用時にはまず洗浄を行わねばならずめん
どうである。

次に、さらに改良された自動制御加熱法とし
て、排気口に湿度センサを設け、被加熱物である
各種の食品の調理状態を検出することが開発され
た。この方法では温度センサに比べて、はるかに
広い範囲の食品の加熱が可能になり、さらに食品
の量に依存せず加熱条件が制御されるようにな
る。湿度検知による方法では、あらゆる食品が多
かれ少なかれ水分を含んでいて、加熱により食品
から水分が蒸発して、雰囲気内の湿度が変化し、
この湿度変化に着目したものである。

しかし、温度センサにしても湿度センサ方式に
しても、一部の食品料理ではほぼ満足すべき結果
が得られるが、魚、肉、パン焼きなどの焼き料理
や、酒カンなどのアルコール料理などでは充分な
ものではなかつた。

ところで、食品は加熱が進み、焼き状態になる
高温加熱になると、水分や炭酸ガスに加えて、ア
ルコール成分、煙成分である各種炭化水素、油蒸
気などの有機ガスを発生する。これらの有機ガス
は、たとえば、半導体ガスセンサによつて検知す
ることが可能である。しかし、現在市販されてい
る半導体ガスセンサは有機ガスを含めた還元性ガ
スを検知するが、雰囲気中の水分検知はできな
い。したがつて、有機ガスや還元性ガスのみの検
知機能のみを有するガスセンサでは被加熱物であ
る食品の調理制御をきめ細かく実施することはで
きず、限定された仕様となる。またこれらの半導
体ガスセンサはｎ形の半導体材料からなるもので
ある。水分検知においては、これらｎ形半導体材
料への水分吸着も通常物理吸着によるもので、も
し水分吸着により電気伝導が変化するとすれば、
水のイオン伝導が支配的である。したがつて、こ
れら半導体における水分量による電気伝導の変化
は水分量の増加とともに電気伝導が増加するはず
である。一方、還元性ガス検知においても、ｎ形
半導体はそれらのガス濃度の増加とともに電気伝
導が増加するもので、水分吸着によるものとほぼ
同じ傾向を示すことになり、その分離性が電子回
路上からみても良くない。

本発明は上記に述べた食品を中心とした被加熱
物の加熱状態を制御する場合の多くの問題点を解
決した加熱装置を提供しようとするものである。

すなわち、本発明の加熱装置はｐ形半導体ガス
センサにより被加熱物から加熱により発生するガ
ス成分をセンサ抵抗値の増加で還元性ガス検知、
減少で湿度検知して被加熱物の加熱状態を制御す
るものであり、ｐ形半導体ガスセンサの一例とし
てクロム酸マグネシウムスピネル（MgCr₂O₄−
TiO₂）系多孔質磁器半導体の板状磁器を用い、
その両面に酸化ルテニウム系（RuO₂）グレーズ
電極を付与したものである。

このｐ形半導体ガスセンサの原理を説明する
と、多くの金属酸化物系と同様に低温領域、たと
えば200℃以下では化学的には不活性であり、こ
の温度領域ではイオン結合性の水と物理吸着を行
なう。金属酸化物半導体の表面は水の物理吸着に
より、一種の電解質となり、主としてプロトンイ
オンの伝導により、吸着量に応じて電気伝導度が
変化する。この変化を利用したものが湿度センサ
にほかならない。この変化の有様は雰囲気の相対
湿度の増加とともに電気抵抗が減少することによ
つて特徴づけられる。

一方、このｐ形半導体ガスセンサは200℃以上
の高温になると、化学的に活性となり、各種炭化
水素成分ガス、水素ガス、硫化水素ガス、アルコ
ールガスなどの還元性ガスを含む雰囲気にさらさ
れると、半導体表面での化学吸着反応により、こ
れら還元性ガス濃度が増加するとともに電気抵抗
が増加するようになる。また200℃以上の高温で
は水蒸気ガスは物理吸着も化学吸着もほとんど行
なわないことが判明した（すなわち水蒸気ガスは
ほぼ中性ガスであることを示している）。

このような特性を示すｐ形半導体ガスセンサを
用いると、食品などを中心とした被加熱物を極め
て正確にその加熱状態を制御することができる。
すなわち、あらゆる食品は多かれ少なかれ水分を
含んでいる。これらの食品の中の多くは最初の下
ごしらえのための加熱と最終のベーキングまたは
こげ目付などの加熱とのプロセンで料理するもの
である。最初の下ごしらえの加熱では比較的低温
で加熱するが、この場合食品の内部は加熱により
一種の沸とう状態を検知するのが好ましい。つま
り、雰囲気の水分の検知であり、食品の温度は加
熱により上昇するが、100℃以下である。このよ
うな雰囲気中の水分の変化を上記センサを湿度セ
ンサとして動作させて、下ごしらえの状態をより
均質に制御することができる。引きつづき、加熱
をつづけると、食品は部分的に水分が無くなり、
表面から燃焼が始まり、主として、各種炭化水素
などが蒸発する。上記センサをたとえば、300℃
に加熱して一定温度に保持すると、これらの還元
性ガスと化学吸着を行ない、ｐ形半導体ガスセン
サ表面からは酸素がうばわれ、その結果急激に電
気抵抗が増加する。このようにして、被加熱物の
表面からの燃焼ガスによる雰囲気中のガス変化を
上記センサをガスセンサとして動作させて、ベー
キングまたはこげ目付などの加熱状態をより均質
に制御することができる。

以上のようにｐ形半導体ガスセンサを用いると
湿度検知における電気抵抗の変化と還元性ガス検
知での変化と全く逆なので、一定のしきい値レベ
ルを決めてやれば、一個のセンサで、食品を中心
とした被加熱物の調理状態をきわめて正確に行な
うことができ、かつ回路構成もきめわて簡便とな
る。今日主流になつているシステム商品の全自動
化にマツチするものであり、ヒータ式オーブン、
電子レンジ、ヒータ付電子レンジ、ガス燃焼式各
種オーブンなどの調理システムの自動化をより一
層進めたものとなる。これらのｐ形半導体ガスセ
ンサを内蔵した加熱装置はかかる観点から全く画
期的であるといえる。

以下本発明の一実施例を図面を用いて説明す
る。第１図に本発明の一実施例にかかるｐ形半導
体ガスセンサを設置したヒータ付電子レンジの概
略図を示した。被加熱物１を受皿２に入れこれら
が加熱完了内に設置されている。加熱室３の上部
にはマグネトロン４とヒータ５等の加熱手段が設
けられている。排気口６にはｐ形半導体ガスセン
サ７が設置されている。８はマグネトロン４とヒ
ータ５をｐ形半導体ガスセンサ７からの信号によ
り制御するための制御装置である。第２図は前記
制御装置８を詳細に示したものである。第３図は
センサの概要図である。第４図は雰囲気ガスセン
サの電気抵抗特性をそれぞれ示す。

次に第１図の動作を、第３図のセンサの概略図
と第２図の制御回路ブロツクと第４図の雰囲気ガ
ス濃度とｐ形半導体ガスセンサ７の電気抵抗変化
の様子で説明する。

まず、受皿２の中に被加熱物１として生魚を入
れる。制御装置８を入れると、まずマグネトロン
４が働き、生魚の下ごしらえが始まり、生魚は誘
電加熱により加熱され、一種の沸とう状態にな
り、加熱完了と排気口６の温度が上昇する（約
100℃以上には上昇しない）とともに急激に湿度
が増加する。排気口６に設置されたｐ形半導体ガ
スセンサ７がこの急激な湿度変化を検知し、増幅
回路２０で増幅し、比較回路２１の一端に信号が
印加される。この比較回路２１の他端には基準電
圧２３が加えられている。上記比較回路２１の出
力でマルチリレー２２を作動させて、マグネトロ
ン４を停止させるとともにヒータ５を発熱させ
る。この時同時にｐ形半導体ガスセンサ７に付与
されているヒータ１２にも通電され、このセンサ
７はたとえば400℃に保たれる。

かかる動作システムにより、下ごしらえのため
の水蒸気検知による加熱状態の制御後、引きつづ
き、ヒータ加熱による高温輻射加熱により、被加
熱物である魚を焼くことが始まる。輻射熱により
加熱室３の温度は200℃から300℃に上昇し、魚の
表面の油成分が沸とうし、次第に燃焼し始める。
この時、加熱室３は酸素不足となり、油成分や一
酸化炭素などが生成する。これらのガスはいずれ
も還元性のいわゆる有機ガスで、排気口６に設置
されたｐ形半導体ガスセンサ７に化学吸着し、被
加熱物である魚の加熱状態、たとえばこげ目の状
況を検知し、増幅回路２０で増幅し、比較回路２
１の一端に信号が印加される。この比較回路の出
力でマルチリレーを動作させて、ヒータを停止さ
せ、加熱を終了させる。

このように、低温加熱領域ではマグネトロン４
の誘電加熱により、たとえば上記の魚料理におい
て、下ごしらえを行ない、この時は上記ｐ形半導
体ガスセンサ７を湿度センサとして動作させる。
その後焼魚にするため、輻射加熱であるヒータ熱
になり、魚の加熱を行ない、同時に上記ｐ形半導
体ガスセンサ７も加熱して一定温度、たとえば
400℃に保持し、魚から出てくる油成分の蒸発や
燃焼ガスである一酸化炭素成分などの還元性の有
機ガスを検知して、極めてきめ細かく魚の加熱を
自動制御する。しかも電気回路的にみても、湿度
検知のときのｐ形半導体ガスセンサ７の電気伝導
度の増加を＋とすると、高温での化学吸着による
還元性有機ガス検知のそれは−となり、比較回路
２１で容易に両者の変化を分離できる。これはｐ
形半導体ガスセンサ７を用いたことによるもので
あり、ｎ形半導体では湿度も有機ガス検知も＋と
なり、その分離が困難である。

次に一例として、酒カンの加熱について説明す
る。受皿２に酒を入れた容器を入れる。この場合
の加熱は誘電加熱が電力的にも好ましい。加熱が
進むと、水蒸気とアルコール蒸気が排気口６にも
でてくる。この時、ｐ形半導体センサ７は予め加
熱しておき、たとえば400℃に保持すると、水蒸
気とは化学吸着せず、アルコールと化学吸着し、
その電気伝導度が変化する。アルコールも還元性
有機ガスであるので、その吸着濃度に応じて、電
気伝導度が減少する。この変化度を検知して、良
好な加熱温度に酒カンを制御することができる。

以上のように、ｐ形半導体ガスセンサ７により
被加熱物から加熱により発生するガス成分を検知
して、被加熱物の加熱状態を制御することを特徴
とする加熱装置によれば、極めてきめ細かく被加
熱物の加熱制御を行うことができるものである。
とりわけ、食品の加熱においては、加熱の初期に
おいて、被加熱物からでてくる水蒸気を検知し、
いわゆる予備加熱制御を行ない、つづいて高温加
熱により、こげ目や、臭を含むガス検知により、
最終加熱状態を均一に制御できるのである。

かかる加熱装置は誘電加熱、ヒータやガス燃焼
による輻射加熱方法からなる電子レンジ、オーブ
ン、ガスオーブンあるいはこれらの加熱法の組み
合せによるオーブンに広く応用できるものであ
る。

また上記ｐ形半導体センサ７としては、金属酸
化物系のものが好ましい。すなわち、最近のセラ
ミツク技術により金属酸化物系では容易にセラミ
ツクの形のものが得られ、耐熱性を含めて、かな
り安定であり、油やほこりなどを吸着しても、た
とえば600℃以上に加熱すると、これらを容易に
除去でき、再生することもできるのである。もち
論高温熱処理した薄膜系やグレーズなどの厚膜系
についてもセラミツクと同様であり、最適であ
る。これらの金属酸化物系のうち、本発明のｐ形
半導体ガスセンサ７として良好なものは高温でｐ
形半導体特性をもつているのが必要であり、その
代表として、MgCr₂O₄系スピネル、Cr₂O₃、NiO
などが挙げられる。中でもMgCrO₄系スピネルは
200℃以下の低温領域で、湿度のみに作用し、物
理吸着により電気伝導度が増加する。すなわち湿
度−抵抗特性が全湿度領域にわたつて得られ、そ
の応答性も早い。また200℃以上になると化学的
に表面粒子が活性となり、還元性ガスと化学吸着
して、逆に電気伝導度が減少する。この化学吸着
性は550℃の高温まで存在し、ガスセンサとして
も有効である。しかもこの系の特性は2000℃近く
に融点をもち、耐熱性がすぐれていて、表面吸着
により劣化しても空気中で600℃以上の加熱クリ
ーニングにより再生することができ、長寿命を有
する。なお第３図においては、RuO₂系グレーズ
抵抗体の電極１１，１２、そして１３，１４，１
５は電極に接続して引出したリード線である。リ
ード線１４，１５のうちどちらか１方とリード線
１３との両端子間がセンサ検知抵抗となる。すな
わち、Ｐ型ガスセンサの検知抵抗となる。又、リ
ード１４と１５間には前記グレース抵抗体が挿入
されているのでこれを素子加熱用ヒータとし、ガ
ス検知時に通電加熱し、動作させる。

第４図はｐ形半導体ガスセンサ７の抵抗を一定
レベルに基準化したときの、水蒸気濃度による電
気抵抗の変化、各種還元性ガス、たとえばアルコ
ール濃度による電気抵抗の変化を示すものであ
る。各種炭化水素、油成分、臭い成分、硫化水
素、一酸化炭素などについてもアルコール同様の
変化を示す。

以上説明したように、本発明による加熱装置は
ｐ形半導体ガスセンサにより加熱手段を制御する
ことにより、従来のタイマーによる加熱や温度制
御だけによる加熱とは異なり、加熱状態を自動的
に制御できる。またｐ形半導体ガスセンサは熱的
にも安定しており、応答性も早く、ガス選択性が
良いなどの特徴をもち、非常に安定した加熱制御
を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるオーブンレ
ンジの概略断面図、第２図は制御装置のブロツク
ダイアグラム、第３図はｐ形半導体ガスセンサの
一例を示すもので、ａは断面図、ｂは上面図、第
４図は第３図のｐ形半導体ガスセンサのガス一抵
抗特性図である。 １……被加熱物、２……受皿、３……加熱室、
４……マグネトロン、５……ヒータ、６……排気
口、７……ｐ形半導体ガスセンサ、８……制御装
置、１１……電極、１２……ヒータ、１３，１
４，１５……リード線、２０……増幅器、２１…
…比較回路、２２……マルチリレー、２３……基
準電圧。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被加熱物を加熱する第１の加熱手段と、前記
   被加熱物から発生するガス成分を検出するＰ形半
   導体ガスセンサと、検出するガス成分に応じて前
   記ガスセンサを選択的に加熱する第２の加熱手段
   と、前記ガスセンサのセンサ抵抗値の増減により
   前記第１の加熱手段の出力を制御する出力制御手
   段とを有する加熱装置。