電磁調理器の3Dシミュレーション

料理の歴史

料理は最も古い技術の 1 つであり、明白な理由があります。自給自足の技術を完成させなければ、人間は (繁栄はおろか) 生き残ることもできなかったでしょう。食品を加熱してバクテリアを殺し、何かをおいしくするという調理法の基本的な考え方は、かなり先史時代のものです。私たちの祖先が行っていたように、狩猟動物を直火でローストすることと、今日のようにオーブンで電気またはガスで調理することとの間には、それほど大きな違いはありません.調理技術が進歩していないわけではありません。 20 世紀だけでも、独創的な発明家が 2 つのまったく新しい調理法を考案しました。 1 つは電子レンジで、高エネルギーの電波を使用して、従来のコンロよりもわずかな時間で食品をすばやく効率的に加熱します。もう 1 つの電磁調理器は、電磁気を使用して鍋を調理器に変えます (外側から火を入れるのではなく、鍋自体の内部で熱エネルギーを生成します)。前回の記事(誘導加熱 – エンジニアがシェフに力を与える) では、誘導加熱がどのように機能するかについて説明しました。この記事では、エンジニアが健康的な IH コンロを開発するのに EMS がどのように役立つかを見ていきます。

図1 -電磁調理器

EMSにおける電磁気熱結合

誘導加熱は、電磁現象と熱現象を組み合わせた複雑なプロセスです。このプロセスでは、交流電流が電磁場を誘導し、それがワークピースに渦電流を誘導します。誘導された渦電流は、熱の形でエネルギーを放出し、ワークピース全体に分配されます。このような問題は、エンジニアにとって難しい課題です。 EMS は、これらすべての現象が関連している可能性があるため、問題の解決に役立ちます。熱に結合された AC 磁気スタディは、必要な結果を与えます: 磁束密度、印加および渦電流密度、パワー エレクトロニクスで必要とされる主要なパラメータであるインダクタンスの値、温度および熱流束など… 以下は、製品化されたSolidworks CAD で設計された誘導テーブル。

図 2 -テーブルの下部にあるワーク コイル

図 3 は IH 調理器具内の鉄心に集中する磁束を示し、図 4 は鍋底の渦電流を示しています。

図 3 -コンロ周辺の磁束密度

図 4 -パン、フリンジ、ベクトル プロットで生成された渦電流密度

図 5 a と 5 b では、それぞれテーブル全体と鍋の温度分布を見ることができます。

図 5 -温度分布、a) モデル全体 b) 鍋の表面

図 6 -鍋半分の温度 (熱が鍋にあることを示しています)

下の図は、なべの底にある点の温度の時間変化を示しています。

図 7 -鍋底の温度変化

IH調理のリスクとは？

どのタイプのコンロにも固有の危険性があります。電気部品は長時間高温のままで、やけどや火災の危険があります。ガスコンロは漏れたり、爆発の原因になることがあります。多くの人にとって、食品を調理するために磁場を使用することは、生物学的プロセスに対する理論的な影響により、この比較的新しい技術の健康と安全性について懸念を引き起こします.電磁調理器によって生成される電磁場が人間にとって危険であるかどうかについて、決定的な答えはありません。スイス連邦公衆衛生局によると、適切なサイズとタイプの調理器具を使用し、少なくとも 2 ～ 4 インチの距離を保つことで、フィールドへの暴露を制限し、潜在的なリスクを軽減することが可能です。調理面と調理用の非金属器具の使用。ペースメーカーや植込み型除細動器を使用している方は、電磁調理器を使用する前に医師に相談してください。電磁調理器は表面が加熱されないため、火傷の危険性は低いです。 EMS は、エンジニアが IH 調理器具によって生成される電磁場を制限し、人命へのリスクを制限するのに役立ちます。テーブルの周りの磁束密度を視覚化することで、電磁界がカバーする領域を知り、回避することができます。 EMS は、この技術をより安全にするのに役立ちます。電場と磁場は人体に電流を誘導し、一定の強度を超えると、神経や筋肉を急激に刺激します。この種の影響を避けるために、ヨーロッパの暴露限界は、体内を流れる電流がこの値の 50 分の 1 になるように定義されています。基本的な制限として知られているのは、電流密度を制限することです。これは、領域を流れる電流を表す用語です。許容電流密度は、神経や筋肉が刺激されるレベルの 50 分の 1 です。体内で直接電流密度を測定することはできません。それらは、身体ファントムと数値シミュレーションを使用して、かなりの実験的努力で計算できます。これらの問題は、基準値と呼ばれる値を使用することによって克服されます。それらは基本的な制限から導き出され、物体がない場合の電場と磁場の強さとして測定できます。基準値により、関連する基本的な制限を超えていないことが保証されます。全身が均一に露出する場合に特に有効です。電化製品の電場または磁場が参照しきい値を超える場合、基本的な基本的なしきい値が尊重されているかどうかを判断するために、より詳細な調査手順を実行する必要があります。 IH コンロには次の制限が適用されます。基本的なしきい値

• 50 Hz での低周波場: 電流密度 2 mA/m ²
• 中周波フィールド: 許容電流密度は周波数に依存し、25 kHz で 50 mA/m ²から 70 kHz で 140 mA/m ²の範囲です。

• 低周波磁場：100μT
• 中周波磁場: 6.25 ?T

これらの暴露限界は、電界および磁界の長期的な影響の可能性を考慮していません。下の図は、私たちの場合、EMS を使用することにより、磁束が半径 30 cm の円で 6.25 マイクロ テスラの限界値を超えないことを示しています。

図 8 -半径 30 cm の円内の磁束密度の変化

結論

IH調理器は、より安全で効率的なものにするために懸命に努力しているエンジニアのおかげで、広く使用されるようになっています. Solidworks のEMSもこの作業の一部であり、エンジニアは誘導調理台を簡単かつ迅速に設計およびシミュレートし、CAD 設計の損失を回避できます。