発酵器の温度制御方法、発酵器の温度制御プログラム、および発酵器
【課題】 発酵室からの放射熱の影響を考慮して迅速かつ正確に発酵室内の温度を制御することができる発酵器の温度制御方法、温度制御プログラム、および発酵器を提供する。
【解決手段】 被発酵物が格納される発酵室の底部に配置された熱源３が発酵室内を加熱するよう構成されていて、発酵室内の設定温度ＴＳを取得する情報入力手段１２と、発酵室外の外気温度Ｔ１を取得する第１センサー１５と、熱源３の周辺温度Ｔ２を取得する第２センサー１６と、発酵室内の測定温度Ｔ３を取得する第３センサー１４と、発酵室内の中央部温度Ｔ４を推定する温度推定手段１７と、熱源の出力を制御する制御手段１７と、を底部に備える。
【解決手段】 被発酵物が格納される発酵室の底部に配置された熱源３が発酵室内を加熱するよう構成されていて、発酵室内の設定温度ＴＳを取得する情報入力手段１２と、発酵室外の外気温度Ｔ１を取得する第１センサー１５と、熱源３の周辺温度Ｔ２を取得する第２センサー１６と、発酵室内の測定温度Ｔ３を取得する第３センサー１４と、発酵室内の中央部温度Ｔ４を推定する温度推定手段１７と、熱源の出力を制御する制御手段１７と、を底部に備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発酵器に関し、例えば、自家製パンの調理に用いることができる家庭用の発酵器の温度制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、家庭用の発酵器としては、複数の載置台が配置可能な発酵室と、発酵室の下方に発酵室内を加温するヒーターと、ヒーターの温度制御に用いる発酵室内の温度情報を取得する温度センサーとを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載の発酵器では、発酵させるパン生地が複数の載置台に載置されて、温度センサーの情報により制御回路がヒーターの加温動作を制御する。この構成により、特許文献１記載の発酵器は、発酵室内の温度を制御して、パン生地を発酵させることができる。
【０００３】
なお、家庭用の発酵器に関する他の技術としては、制御部の基板上サーミスタによる簡単な構成で、発酵器が存在する部屋の調理中の室温を正確に推定する自動製パン機（例えば、特許文献２参照）や、温度検知手段の受ける室温の影響を抑えるため、調理プロセスの各工程毎の制御温度に補正を加える自動製パン機（例えば、特許文献３参照）が知られている。
【０００４】
また、加熱調理装置の温度制御に関する技術としては、加熱室と蓄熱板を加熱する加熱手段を設け、対流熱伝達により蓄熱板の温度を急速に立ち上げる加熱調理装置（例えば、特許文献４参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実用新案登録第３１７０５３６号公報
【特許文献２】特開２００４−３０５２６６号公報
【特許文献３】特開平８−１９１７６１号公報
【特許文献４】特開２０１０−７８２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の発酵器は、発酵室内に設けられた温度センサーからの情報のみでヒーターをオン・オフ制御して、発酵室内の温度調整を行う。つまり、特許文献１記載の発酵器は、ヒーターの温度制御を行うにあたって、発酵室内から発酵室外への放射熱を考慮していない。
【０００７】
そのため、特許文献１記載の発酵器では、発酵室内におけるヒーター付近の位置とヒーターから離間した位置とで温度差が生じやすく、発酵室内を均一な温度にすることが難しいという問題があった。
【０００８】
また、発酵室内の温度センサーのみでヒーターの温度制御を行う特許文献１記載の発酵器では、目標となる発酵室内の温度に対してヒーターの温度が高くなりやすいため目標の温度に収束しにくい。そのため、同発酵器には、早期に設定温度に安定させることが難しい、といった問題があった。
【０００９】
なお、特許文献２記載の自動製パン機は、調理中の検知温度から本体温度の影響による温度上昇分を減じた温度を室温として推定する技術であるが、機内から機外への放射熱を考慮していないため、早期に機内温度を安定させることが困難である。
【００１０】
また、特許文献３記載の自動製パン機は、室温に応じて調理工程毎の制御温度に補正を加える技術であるが、機内から機外への放射熱を考慮していないため、早期に機内温度を安定させることが困難である。
【００１１】
さらに、特許文献４記載の加熱調理装置は、蓄熱板を加熱して調理時間を短くする技術であるが、装置内から装置外への放射熱を考慮していないため、早期に装置内温度を安定させることが困難である。
【００１２】
そこで、本発明は、発酵室からの放射熱の影響を考慮して迅速かつ正確に発酵室内の温度を制御することができる発酵器の温度制御方法、温度制御プログラム、および発酵器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、如何にしたら発酵室からの放射熱を正確に捉えられるのか、そして、如何にしたら迅速かつ正確に発酵室内の温度を制御できるのかを、鋭意研究を重ねた結果、この放射熱が、熱源周辺温度と発酵室外近傍温度をパラメーターとする特定の関係式にて導き出されることを見出し、本発明を完成するに至った。
つまり、本発明にかかる発酵器の制御方法は、被発酵物が格納される発酵室の底部に配置された熱源が発酵室内を加熱するよう構成されていて、発酵室内の設定温度ＴＳを取得する情報入力手段と、発酵室外の外気温度Ｔ１を取得する第１センサーと、熱源の周辺温度Ｔ２を取得する第２センサーと、熱源の出力を制御する制御手段と、を備えた発酵器により実行されるところの、発酵室内の温度を制御する方法であって、設定温度ＴＳを取得するステップと、外気温度Ｔ１を取得するステップと、周辺温度Ｔ２を取得するステップと、制御手段が設定温度ＴＳと外気温度Ｔ１と周辺温度Ｔ２とに基づいて熱源の出力温度ＴＴを算出するステップと、を有してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、発酵室からの放射熱の影響が正確にとらえられるので、迅速かつ正確に発酵室内の温度を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明にかかる発酵器の実施の形態を示す全体斜視図である。
【図２】図１の全体斜視図から扉を取り外した状態を示す斜視図である。
【図３】天井部を取り外し、対流制御板を載置した状態の本発明にかかる発酵器の平面図である。
【図４】本発明にかかる発酵器の側断面図である。
【図５】本発明にかかる発酵器の底部の斜視図である。
【図６】天井部を取り外した状態の本発明にかかる発酵器の平面図である。
【図７】本発明にかかる発酵器の温度制御プログラムが動作する発酵器の温度制御手段の機能ブロック図である。
【図８】本発明にかかる発酵器の温度測定位置を示す側断面図である。
【図９】本発明にかかる発酵器の温度制御方法の例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明にかかる発酵器のヒーター部出力制御に関するフローチャートである。
【図１１】本発明にかかる発酵器のヒーター部出力制御の例を示すデータテーブルの一例である。
【図１２】本発明にかかる発酵器の発酵室内の温度変化の概略の一例を示す図である。
【図１３】本発明にかかる発酵器の発酵室内の温度変化の概略の別の一例を示す図である。
【図１４】本発明にかかる発酵器の発酵室内の温度変化の概略のさらに別の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明にかかる発酵器、発酵器の温度制御方法、および温度制御プログラムの実施の形態について説明する。
【００１７】
［発酵器の装置構成］
図１は、本発明にかかる発酵器の実施の形態を示す全体斜視図である。本実施の形態にかかる発酵器１は、発酵室（後述する）の内部を加熱する熱源の一例としてのヒーター部を備える底部４と、底部４に隣接する周壁部５および扉６と、周壁部５および扉６に隣接する天井部７と、により構成される。ここで、発酵器１の外観は、ほぼ直方体である。底部４、周壁部５、扉６、天井部７で囲まれた発酵器１の内部には、パン生地やパン種などの被発酵物が格納される発酵室が形成される。
【００１８】
底部４の上面には、設けられるヒーター部３の発熱面が配置されている。ヒーター部３は、例えば電熱性のヒーターを用いることができる。また、ヒーター部３は、底部４の筐体内部に収められる後述の本発明にかかる発酵器の温度制御プログラムにより発熱温度が制御される。
【００１９】
図２は、図１の全体斜視図から扉６を取り外した状態を示す斜視図である。周壁部５は、さらに発酵器１の側面をなす右側壁５ａと左側壁５ｂと、背面（扉６の反対側）をなす背面部５ｃとからなる。右側壁５ａと左側壁５ｂと背面部５ｃのそれぞれは、ほぼ矩形の板状部材である。右側壁５ａと左側壁５ｂと背面部５ｃは、それぞれ別部材として形成されている。なお、右側壁５ａと左側壁５ｂと背面部５ｃは、一つの部材として形成しそれぞれの接続部分を薄肉化して折りたたみ可能なように形成してもよい。
【００２０】
なお、周壁部５，扉６，天井部７は、発酵室内外の断熱が必要であるため、断熱性の材料により形成されている。周壁部５，扉６，天井部７の材質としては、例えば低発泡性のポリスチレン（いわゆる発泡スチロール）が挙げられる。
【００２１】
ただし、周壁部５，扉６，天井部７の材質としては、ポリプロピレンやこれに代替できる他の高分子化合物でもよい。また、周壁部５，扉６，天井部７はそれぞれ材質が違っていてもよい。
【００２２】
発酵室２には、周壁部５の内壁に設けられる載置網受け９によって、載置網８が載置可能である。また、発酵室２には、発酵室２内の複数の載置網８のうちヒーター部３に最も近い載置網８とヒーター部３との間（ヒーター部３の真上）にある載置網受け９を介して、対流制御板１０が載置可能である。
【００２３】
載置網８は、被発酵物（あるいは被発酵物が収められたトレイ）が載置される複数の載置台の一例である。なお、載置網８は、網状のものに限らず、後述するように発酵室２内の空気の対流を実現できる形状であれば、様々なものを利用することが可能である。
【００２４】
載置網受け９は、被発酵物を発酵室２内に格納する際に用いられる載置網８を載置するために、発酵室２の内側に向けて突出するように周壁部５の右側壁５ａおよび左側壁５ｂに設けられている。
【００２５】
対流制御板１０は、載置網受け９を介して、発酵室２内に配置される。また、対流制御板１０は、発酵室２内の複数の載置網８のうちヒーター部３に最も近い載置網８とヒーター部３との間に配置される。ここで、対流制御板１０とヒーター部３との鉛直方向の距離は、対流制御板１０の耐熱性を考慮して適宜定められ、後述のヒーター部３からの熱流を周壁部５側へ促す効果を考慮すると短いことが望ましい。
【００２６】
図３は、天井部７を取り外し、対流制御板１０を載置した状態の発酵器１の平面図である。対流制御板１０は、本体部１０ａ、切欠部１０ｂ（１０ｂ１，１０ｂ２）を有する。対流制御板１０は、発酵室２に対流制御板１０を配置したときに、本体部１０ａが発酵室２の平面視中央付近に位置するように配置される。図３中、ハッチングを施した箇所は、後述する流路を示す。
【００２７】
本体部１０ａは、対流制御板１０が発酵室２内に載置された際にヒーター部３の熱流が直上（に載置される被発酵物）に上昇せずに後述するように整流させるために、通気性を有しない（あるいは通気性の低い）材質や構成を有する。
【００２８】
切欠部１０ｂは、対流制御板１０の縁に形成される。切欠部１０ｂは、発酵室２内の空間のうち、対流制御板１０の下方の空間と対流制御板１０の上方の空間とを連通させ、ヒーター部３付近の温かい空気と発酵室２内の空気とを流通させる流路を形成する構成の一例である。
対流制御板１０の材質としては、断熱性を有するものが望ましく、例えば低発泡性のポリスチレンがあげられる。
【００２９】
図４は、発酵器１の側断面図である。切欠部１０ｂを設けることで、本実施の形態にかかる発酵器１では、ヒーター部３によって熱せられた対流制御板１０の下方の空間にある空気が、切欠部１０ｂを通って周壁部５の内壁沿い（図３においてハッチングを施した箇所）を上昇する。上昇した空気は、図４の矢印で示したように、天井部７の内壁に当たった後に下降に転じ、載置網８の網目を抜けて対流制御板１０の上面に反射されて再び上昇に転じることで発酵室２内を対流する。対流制御板１０が以上のような空気の流れを促すことで、発酵器１は、発酵室２内の温度差を低減することができる。つまり、発酵器１は、ヒーター部３に近い載置網８に載置される被発酵物とヒーター部３から離れた載置網８に載置される被発酵物との発酵温度の差を低減することができる。
【００３０】
図５は、底部４の斜視図である。また、図６は天井部７を取り外した状態の発酵器１の平面図である。ここで、図６に示すように、発酵器１は断面形状が平面視多角形、より詳細には矩形状である。
【００３１】
底部４は、例えば樹脂製の筐体４ａにより板状に形成される。底部４には、ヒーター部３のほかに、結合部品１１、スイッチ部１２、表示部１３、発酵室内温度センサー（第３センサー）１４が設けられる。また、底部４には、図５，６に破線で示したように、発酵室外温度センサー（第１センサー）１５、ヒーター周囲温度センサー（第２センサー）１６、制御回路（温度取得手段と制御手段）１７が設けられる。
結合部品１１は、例えばねじ込み式ノブであり、ねじ込むことで周壁部５の右側壁５ａと左側壁５ｂとが底部４に固定される。
【００３２】
なお、結合部品１１は、周壁部５を底部４に固定することができるものであればよく、上述のようにねじ込み式に限らず様々な方法を採用することができる。
【００３３】
図７は、本発明にかかる発酵器の温度制御プログラムが動作する発酵器１の温度制御手段の機能ブロック図である。図６と図７とを参照して、発酵器１の温度制御手段の構成を説明する。
【００３４】
スイッチ部１２は、発酵器１の情報入力手段の一例であり、ヒーター部３の電源の入／切、設定温度の上下などの操作入力を発酵器１の利用者などから受け付ける。
【００３５】
表示部（表示手段）１３は、例えばヒーター部３の電源の入／切や設定温度などといったヒーター部３の動作状態や発酵室２内の現在の温度などのデータを表示する。
【００３６】
発酵室内温度センサー１４は、底部４の上面であって背面部５ｃ側の周縁中央付近に設けられている。発酵室内温度センサー１４は、ヒーター部３により熱せられた発酵室２内の空気の温度（以下「測定温度Ｔ３」という。）を取得する。発酵室内温度センサー１４が取得した測定温度Ｔ３は、ヒーター部３の温度制御および発酵室２内の温度の推定に用いられる。発酵室内温度センサー１４は、例えばサーミスタからなる。
【００３７】
なお、発酵室内温度センサー１４の位置は、図５に示したように筐体４ａの上面の背面部５ｃ側の周縁中央付近に限らず、周壁部５の内壁に沿った位置である限り適宜の場所に配置することができる。つまり、発酵室内温度センサー１４の位置としては、例えば、右側壁５ａ側や左側壁５ｂ側の筐体４ａの上面の周縁であってもよい。
【００３８】
発酵室外温度センサー１５は、背面部５ｃの下方にあたる底部４の筐体４ａ外側に検出部を露出させて設けられる。発酵室外温度センサー１５は、発酵室２の外部の気温（以下「外気温度Ｔ１」という。）を取得する。発酵室外温度センサー１５が取得した外気温度Ｔ１は、制御回路１７によってヒーター部３の温度制御および発酵室２内の温度の推定に用いられる。発酵室外温度センサー１５は、例えばサーミスタからなる。
【００３９】
ヒーター周囲温度センサー１６は、底部４の筐体（モールド）４ａに不図示の温度検知部が位置するように設けられる。ヒーター周囲温度センサー１６は、筐体４ａのヒーター部３に近接した箇所の温度（以下「周囲温度Ｔ２」という。）を取得する。ヒーター周囲温度センサー１６が取得した周囲温度Ｔ２は、制御回路１７によってヒーター部３の温度制御および発酵室２内の温度の推定に用いられる。ヒーター周囲温度センサー１６は、例えばサーミスタからなる。
【００４０】
制御回路１７は、底部４の筐体４ａ内の適宜な位置に設けられる。制御回路１７は、発酵室２内の中央部温度Ｔ４（以下「中央部温度Ｔ４」という。）を取得して、現在の温度として表示部１３に表示する。すなわち、発酵器１の利用者は、表示部１３の表示により、発酵室２内の中央部の温度を把握することができる。
【００４１】
ここで、制御回路１７は、発酵室内温度センサー１４が取得した測定温度Ｔ３、発酵室外温度センサー１５が取得した外気温度Ｔ１、およびヒーター周囲温度センサー１６が取得した周囲温度Ｔ２と、を用いて中央部温度Ｔ４を推定して取得する。中央部温度Ｔ４の推定方法については、後述する。
【００４２】
なお、制御回路１７による中央部温度Ｔ４の取得方法は、上述のように推定するものに限られない。例えば、制御回路１７は、発酵室２中央に設けられた温度センサー（不図示）で検知された温度を、中央部温度Ｔ４として取得してもよい。
【００４３】
また、制御回路１７は、スイッチ部１２から取得した設定温度ＴＳと外気温度Ｔ１と周辺温度Ｔ２との情報に基づいてヒーター部３の出力温度ＴＴを算出し、ヒーター部３の温度制御を行う。制御回路１７は、例えば所定のＣＰＵ、プログラムを格納するメモリ、その他必要な周辺機器を集積した回路（マイクロコントローラ）などによって実現されている。
【００４４】
[中央部温度Ｔ４の推定とヒーター部の出力温度ＴＴの算出について]
次に、発酵器１で用いる中央部温度Ｔ４を推定により取得する場合のその推定方法と、ヒーター部の出力温度ＴＴの算出方法について説明する。中央部温度Ｔ４は、次式１により推定される。また、ヒーター部３の出力温度ＴＴは、次式２により算出される。
式１：Ｔ４＝Ｔ３−（Ｔ２−Ｔ１）×Ｆ
式２：ＴＴ＝ＴＳ＋（Ｔ２−Ｔ１）×Ｆ
ただし、Ｆは発酵室２からの放射熱の影響を考慮して予め定められた係数であり、例えば制御回路１７のメモリに記憶されている。
【００４５】
まず、式１、２を決定するにあたり、温度測定位置についての考え方を示す。
図８は、温度測定位置を示す発酵器１の側断面図である。式１による中央部温度Ｔ４を推定するために用いる温度センサーは、発酵室内温度センサー１４、発酵室外温度センサー１５、ヒーター周囲温度センサー１６の３つである。底部４の背面部５ｃ側には、発酵室２外の外気温度Ｔ１を取得する発酵室外温度センサー１５が設けられる。また、底部４内のヒーター部３付近には、周囲温度Ｔ２を取得するヒーター周囲温度センサー１６が設けられる。さらに、対流制御板１０の切欠部１０ｂと背面部５ｃとによって形成される自然対流の流路上に、測定温度Ｔ３を取得する発酵室内温度センサー１４が設けられる。
【００４６】
発酵器１のように、発酵室２の底部４にヒーター部３を設けて発酵室２内の空気を加熱する場合に、ヒーター部３の出力温度ＴＴを算出するにあたり基本となる式は次の式３である。
式３ ＴＴ＝ＴＳ+（Ｔ３−Ｔ４）
【００４７】
ここで、式３について説明する。測定温度Ｔ３には、対流制御板１０の下方の空間にある、ヒーター部３によって熱せられた空気の温度が反映されている。また、中央部温度Ｔ４は、被発酵物が載置される載置網８付近の温度に相当する。中央部温度Ｔ４は、測定温度Ｔ３と比較すると低温である。測定温度Ｔ３より中央部温度Ｔ４が低温の理由は、発酵室２内の空気を温めるために生じた温度低下と周壁部５を通じて発酵室２外に放出される熱による温度低下との影響による。測定温度Ｔ３より中央部温度Ｔ４が低温の理由のうち、発酵室２内の空気を暖めるために生じた温度低下は、測定温度Ｔ３を測定する位置から中央部温度Ｔ４を測定すると仮定する位置までの熱伝達経路（すなわち、熱の伝達時間）によって生ずる温度低下と考えることができる。
【００４８】
つまり、発酵室２の中央部温度Ｔ４を発酵室２の設定温度ＴＳに制御するにあたり、ヒーター部３の出力温度ＴＴは、発酵室２の設定温度ＴＳに熱の伝達時間によって生ずる温度低下分と周壁部５を通じて発酵室２外に放出される熱による温度低下分を加える必要がある。
【００４９】
一方、発酵室２の中央部温度Ｔ４に基づいてヒーター部３の出力温度ＴＴを制御する場合、以下の点について考慮しなければならない。
【００５０】
つまり、ヒーター部３の出力温度ＴＴをヒーター部３から離れた位置の温度にあたる発酵室２の中央部温度Ｔ４に基づいて制御すると、温度変化のヒステリシスが大きくなる。その結果、発酵室２の中央部温度Ｔ４を設定温度ＴＳに制御することが困難となる。
【００５１】
ここで、温度センサーを配置する位置は、発酵器１の底部が好ましい。その理由は、例えば、発酵室２の中央部に温度センサーを配置した場合には、被発酵物であるパン生地を載置した載置網８に温度センサーが近接するからである。従って、パン生地の配置箇所や数などにより、発酵室２内の熱伝達経路（空気の流路）が遮断されるか若しくは変化して、上述の温度センサーにより測定される温度の数値に変化が生じるおそれがあるからである。
【００５２】
また、温度センサーを発酵器１の底部に配置すれば、発酵器１のように発酵室２を組み立て式とした場合においても、組み立ての容易さや位置決め精度確保の観点からメリットがある。
【００５３】
そこで、本実施例においては、ヒーター周囲温度センサー１６はもちろんのこと、発酵室内温度センサー１４や発酵室外温度センサー１５も発酵器１の底部に設けている。発酵器１は、これらのセンサーを用いて、発酵室外の外気温度Ｔ１とヒーター部３の周囲温度Ｔ２と発酵室内の温度Ｔ３を測定して、発酵室２内の中央部温度Ｔ４を推定する。そして、発酵器１は、推定した中央部温度Ｔ４を用いて、ヒーター部３の出力温度ＴＴを算出する。
【００５４】
次に、発酵器１において、発酵室外の外気温度Ｔ１とヒーター部３の周囲温度Ｔ２とを用いて中央部温度Ｔ４を推定する際の考え方を説明する。本発明の発明者は、発酵器１を開発するにあたり、発酵器１の構造（ヒーター部３の位置、発酵室２内の熱伝達経路）の場合、発酵室内測定温度Ｔ３と中央部温度Ｔ４との温度差ΔＴ１と、発酵室外の外気温度Ｔ１とヒーター部３の周囲温度Ｔ２との温度差ΔＴ２と、の間には、所定の係数Ｆをもって比例して推移する関係があることを見い出した。つまり、ΔＴ１とΔＴ２との間には、次の式４が成り立つ。
式４ ΔＴ１＝Ｆ×ΔＴ２
【００５５】
ここで、Ｆの値は、発酵室２からの放射熱の影響を考慮して予め定められるが、熱伝達経路の違いによる放射熱の影響を考慮して、様々な値をとることができ、制御回路１７のメモリに記憶されている。
【００５６】
式４から、中央部温度Ｔ４は、発酵室外の外気温度Ｔ１とヒーター部３の周囲温度Ｔ２と発酵室内測定温度Ｔ３とにより、上述の式１として導かれる。
そして、式１と式３とにより、ヒーター部３の出力温度ＴＴは、上述の式２として導かれる。
【００５７】
［発酵器の温度制御］
次に、本発明にかかる発酵器１の温度制御方法について説明する。
図９は、発酵器１の温度制御方法の例を示すフローチャートである。
【００５８】
まず、制御回路１７は、スイッチ部１２に入力された発酵器１の動作開始、および、設定温度ＴＳの情報を取得する（図９におけるＳ１０１）。発酵器１の動作開始後、制御回路１７は、発酵室外温度センサー１５から外気温度Ｔ１（Ｓ１０２）を、ヒーター周囲温度センサー１６からヒーター部３の周囲温度Ｔ２（モールド温度）（Ｓ１０３）を、発酵室内温度センサー１４から測定温度Ｔ３をそれぞれ取得する（Ｓ１０４）。
【００５９】
設定温度ＴＳ、外気温度Ｔ１、周囲温度Ｔ２、および測定温度Ｔ３を取得した制御回路１７は、式１により発酵室２内部の中央部温度Ｔ４を推定する（Ｓ１０５）。
【００６０】
制御回路１７は、設定温度ＴＳと推定した中央部温度Ｔ４とに基づいて、式２によりヒーター部３の出力温度ＴＴを算出して、ヒーター部３の出力を制御する（Ｓ１０６）。制御回路１７は、設定された出力温度ＴＴを目標としてヒーター部３を加熱する（Ｓ１０７）。
【００６１】
制御回路１７は、測定温度Ｔ３が出力温度ＴＴに達したか否かを判断する（Ｓ１０８）。測定温度Ｔ３が出力温度ＴＴに達した場合には（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、式１，２より中央部温度Ｔ４が設定温度ＴＳに達したと推定されるので、制御回路１７は温度制御処理を終了する。測定温度Ｔ３が出力温度ＴＴに達しない場合には（Ｓ１０８：Ｎｏ）、制御回路１７は、Ｓ１０２以下の処理を繰り返す。
【００６２】
[設定温度近接時のヒーター部の出力制御]
次に、測定温度Ｔ３が出力温度ＴＴに近づいた際のヒーター部３の出力制御（出力の変更）について説明する。
【００６３】
図１０は、発酵器１のヒーター部３の出力制御方法の例を示すフローチャートである。制御回路１７は、出力温度ＴＴと発酵室外の外気温度Ｔ１との差ΔＴを算出する（図１０におけるＳ２０１）。
【００６４】
制御回路１７は、ΔＴに基づいて出力温度ＴＴを下回り（出力温度ＴＴより低温）出力制御を開始する温度として、所定温度ＴＣを算出する（Ｓ２０２）。ここで、所定温度ＴＣは、出力温度ＴＴから一定の温度を減じた温度（例えば、ＴＴ−α[℃]；αは予め定められる値）としても、あるいはΔＴの大きさにより可変（例えば、ΔＴの値に比例して所定温度ＴＣを変化）させてもよい。
【００６５】
制御回路１７は、所定温度ＴＣを算出後、測定温度Ｔ３が所定温度ＴＣに到達したか否かの判断を行う（Ｓ２０３）。測定温度Ｔ３が所定温度ＴＣに達しないときは（Ｓ２０３：Ｎｏ）、Ｓ２０３の判断を繰り返す。
【００６６】
測定温度Ｔ３が所定温度ＴＣに達したときは（Ｓ２０３：Ｙｅｓ）、制御回路１７は、ヒーター部３の出力をそれまでの出力より低下させる（Ｓ２０４）。出力低下の方法としては、例えば、通常の出力がヒーター部３の定格電流値を連続的に与えているのに対して所定温度ＴＣに達した後はＰＷＭ制御に移行する方法が挙げられる。
【００６７】
所定温度ＴＣに達した後にＰＷＭ制御を行う場合に、制御回路１７は、例えばΔＴと発酵室外の外気温度Ｔ１とに基づいて、通常の出力に対するＰＷＭ制御時の出力の比率を算出する。このとき、制御回路１７は、例えば、図１１のような予めメモリなどの不図示の記憶手段に格納されるデータテーブルに基づいてＰＷＭ制御時の上記出力の比率を算出する。
【００６８】
なお、所定温度ＴＣに達した後の出力低下の方法としては、以上説明した例に限らず、例えば、通常の出力時の電流値より所定温度ＴＣに達した後は電流値を低下させる、あるいは、ヒーター部３の加熱面の面積を変更するなどの方法が考えられる。
【００６９】
図１２は、発酵室２内の温度変化の概略の一例を示す図である。図１２において、縦軸は測定温度Ｔ３、横軸は発酵器１の動作開始からの経過時間ｔを示す。測定温度Ｔ３は、初期の温度Ｔ０からヒーター部３が定格電流値で加熱されることにより上昇する。測定温度Ｔ３が所定温度ＴＣに達すると、制御回路１７が上述の処理によりヒーター部３の出力を定格の出力から所定の比率で低下させる。このため、測定温度Ｔ３は、出力温度ＴＴに到達後緩やかに低下し時間ｔ１が経過した後に設定温度ＴＳに収束し始める。
【００７０】
なお、発酵室２内の温度制御の仕方は、図１２のように測定温度Ｔ３が出力温度ＴＴを上回った（オーバーシュート）後に出力温度ＴＴ以下になり、その温度から徐々に収束させる場合に限らない。例えば、図１３のようにオーバーシュートした後に出力温度ＴＴ以上の温度から徐々に収束させることも可能である。また、図１４のようにオーバーシュートすることなく徐々に出力温度ＴＴに収束させることも可能である。
【００７１】
[実施の形態の作用・効果]
以上説明したように発酵器１は、発酵室２の温度（中央部温度Ｔ４）を設定温度ＴＳとするために発酵器１のヒーター部３の出力温度ＴＴを算出し、算出した出力温度ＴＴをヒーター部３の温度とするためにヒーター部３の出力を制御する。その際、発酵室外温度センサー１５から取得した外気温度Ｔ１、ヒーター周囲温度センサー１６から取得した周囲温度Ｔ２、発酵室内温度センサー１４から取得した測定温度Ｔ３を用いる。そのため、発酵器１によれば、温度変化のヒステリシス、被発酵物の位置・大きさ・数などによる熱伝達経路の変化などの影響を受けることなく、かつ、組み立ての容易さなどを損なうことなく安定した位置で温度測定ができる。
【００７２】
また、以上説明したように発酵器１は、底部４に発酵室内温度センサー１４と発酵室外温度センサー１５とヒーター周囲温度センサー１６とを設けることによって、被発酵物の載置状態に影響されることなく、正確な温度を測定できる。
【００７３】
さらに、以上説明したように発酵器１は、発酵室２の底部４に配置されたヒーター部３が発酵室２内を加熱するよう構成され、対流制御板１０の切欠部１０ｂにより形成される自然対流の流路上に発酵室２内の測定温度Ｔ３を取得する発酵室内温度センサー１４を配置する。ここで、発酵器１は、対流制御板１０の形状により、発酵室内温度センサー１４上方の切欠部１０ｂの開口面積が適切に確保（流路の断面積が確保）できるため、自然対流により発酵室２内の温度を均一にすることができる。流路上に発酵室内温度センサー１４が配置された発酵器１によれば、発酵室内温度センサー１４による発酵室２内の中央部温度Ｔ４を正確に推定できる。そして、発酵器１によれば、中央部温度Ｔ４の推定値を用いてヒーター部３の出力温度ＴＴを適切に制御し、結果として発酵室２内の温度を設定温度ＴＳに制御することができる。
【００７４】
このように、発酵器１によれば、発酵室からの放射熱の影響を考慮して迅速かつ正確に発酵室内の温度を制御することができる。
【００７５】
さらに、発酵器１では、出力温度ＴＴと発酵室外の外気温度Ｔ１との差ΔＴに基づいて出力温度ＴＴを下回り出力制御を開始する温度として、所定温度ＴＣを算出する。そして、発酵器１では、所定温度ＴＣを算出後、測定温度Ｔ３が所定温度ＴＣに到達後、それまでのヒーター部３の出力より低い出力でヒーター部３を加熱する。そのため、発酵器１によれば、迅速に発酵室２の温度（測定温度Ｔ３などより推定される中央部温度Ｔ４）を設定温度ＴＳに収束することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１ ：発酵器
２ ：発酵室
３ ：ヒーター部
４ ：底部
４ａ ：筐体
５ ：周壁部
６ ：扉
７ ：天井部
８ ：載置網
１０ ：対流制御板
１１ ：結合部品
１２ ：スイッチ部
１３ ：表示部
１４ ：発酵室内温度センサー
１５ ：発酵室外温度センサー
１６ ：ヒーター周囲温度センサー
１７ ：制御回路
Ｆ ：係数
Ｔ０ ：温度
Ｔ１ ：外気温度
Ｔ２ ：周囲温度
Ｔ３ ：測定温度
Ｔ４ ：中央部温度
ＴＣ ：所定温度
ＴＳ ：設定温度
ＴＴ ：出力温度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発酵器に関し、例えば、自家製パンの調理に用いることができる家庭用の発酵器の温度制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、家庭用の発酵器としては、複数の載置台が配置可能な発酵室と、発酵室の下方に発酵室内を加温するヒーターと、ヒーターの温度制御に用いる発酵室内の温度情報を取得する温度センサーとを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載の発酵器では、発酵させるパン生地が複数の載置台に載置されて、温度センサーの情報により制御回路がヒーターの加温動作を制御する。この構成により、特許文献１記載の発酵器は、発酵室内の温度を制御して、パン生地を発酵させることができる。
【０００３】
なお、家庭用の発酵器に関する他の技術としては、制御部の基板上サーミスタによる簡単な構成で、発酵器が存在する部屋の調理中の室温を正確に推定する自動製パン機（例えば、特許文献２参照）や、温度検知手段の受ける室温の影響を抑えるため、調理プロセスの各工程毎の制御温度に補正を加える自動製パン機（例えば、特許文献３参照）が知られている。
【０００４】
また、加熱調理装置の温度制御に関する技術としては、加熱室と蓄熱板を加熱する加熱手段を設け、対流熱伝達により蓄熱板の温度を急速に立ち上げる加熱調理装置（例えば、特許文献４参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実用新案登録第３１７０５３６号公報
【特許文献２】特開２００４−３０５２６６号公報
【特許文献３】特開平８−１９１７６１号公報
【特許文献４】特開２０１０−７８２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の発酵器は、発酵室内に設けられた温度センサーからの情報のみでヒーターをオン・オフ制御して、発酵室内の温度調整を行う。つまり、特許文献１記載の発酵器は、ヒーターの温度制御を行うにあたって、発酵室内から発酵室外への放射熱を考慮していない。
【０００７】
そのため、特許文献１記載の発酵器では、発酵室内におけるヒーター付近の位置とヒーターから離間した位置とで温度差が生じやすく、発酵室内を均一な温度にすることが難しいという問題があった。
【０００８】
また、発酵室内の温度センサーのみでヒーターの温度制御を行う特許文献１記載の発酵器では、目標となる発酵室内の温度に対してヒーターの温度が高くなりやすいため目標の温度に収束しにくい。そのため、同発酵器には、早期に設定温度に安定させることが難しい、といった問題があった。
【０００９】
なお、特許文献２記載の自動製パン機は、調理中の検知温度から本体温度の影響による温度上昇分を減じた温度を室温として推定する技術であるが、機内から機外への放射熱を考慮していないため、早期に機内温度を安定させることが困難である。
【００１０】
また、特許文献３記載の自動製パン機は、室温に応じて調理工程毎の制御温度に補正を加える技術であるが、機内から機外への放射熱を考慮していないため、早期に機内温度を安定させることが困難である。
【００１１】
さらに、特許文献４記載の加熱調理装置は、蓄熱板を加熱して調理時間を短くする技術であるが、装置内から装置外への放射熱を考慮していないため、早期に装置内温度を安定させることが困難である。
【００１２】
そこで、本発明は、発酵室からの放射熱の影響を考慮して迅速かつ正確に発酵室内の温度を制御することができる発酵器の温度制御方法、温度制御プログラム、および発酵器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、如何にしたら発酵室からの放射熱を正確に捉えられるのか、そして、如何にしたら迅速かつ正確に発酵室内の温度を制御できるのかを、鋭意研究を重ねた結果、この放射熱が、熱源周辺温度と発酵室外近傍温度をパラメーターとする特定の関係式にて導き出されることを見出し、本発明を完成するに至った。
つまり、本発明にかかる発酵器の制御方法は、被発酵物が格納される発酵室の底部に配置された熱源が発酵室内を加熱するよう構成されていて、発酵室内の設定温度ＴＳを取得する情報入力手段と、発酵室外の外気温度Ｔ１を取得する第１センサーと、熱源の周辺温度Ｔ２を取得する第２センサーと、熱源の出力を制御する制御手段と、を備えた発酵器により実行されるところの、発酵室内の温度を制御する方法であって、設定温度ＴＳを取得するステップと、外気温度Ｔ１を取得するステップと、周辺温度Ｔ２を取得するステップと、制御手段が設定温度ＴＳと外気温度Ｔ１と周辺温度Ｔ２とに基づいて熱源の出力温度ＴＴを算出するステップと、を有してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、発酵室からの放射熱の影響が正確にとらえられるので、迅速かつ正確に発酵室内の温度を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明にかかる発酵器の実施の形態を示す全体斜視図である。
【図２】図１の全体斜視図から扉を取り外した状態を示す斜視図である。
【図３】天井部を取り外し、対流制御板を載置した状態の本発明にかかる発酵器の平面図である。
【図４】本発明にかかる発酵器の側断面図である。
【図５】本発明にかかる発酵器の底部の斜視図である。
【図６】天井部を取り外した状態の本発明にかかる発酵器の平面図である。
【図７】本発明にかかる発酵器の温度制御プログラムが動作する発酵器の温度制御手段の機能ブロック図である。
【図８】本発明にかかる発酵器の温度測定位置を示す側断面図である。
【図９】本発明にかかる発酵器の温度制御方法の例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明にかかる発酵器のヒーター部出力制御に関するフローチャートである。
【図１１】本発明にかかる発酵器のヒーター部出力制御の例を示すデータテーブルの一例である。
【図１２】本発明にかかる発酵器の発酵室内の温度変化の概略の一例を示す図である。
【図１３】本発明にかかる発酵器の発酵室内の温度変化の概略の別の一例を示す図である。
【図１４】本発明にかかる発酵器の発酵室内の温度変化の概略のさらに別の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明にかかる発酵器、発酵器の温度制御方法、および温度制御プログラムの実施の形態について説明する。
【００１７】
［発酵器の装置構成］
図１は、本発明にかかる発酵器の実施の形態を示す全体斜視図である。本実施の形態にかかる発酵器１は、発酵室（後述する）の内部を加熱する熱源の一例としてのヒーター部を備える底部４と、底部４に隣接する周壁部５および扉６と、周壁部５および扉６に隣接する天井部７と、により構成される。ここで、発酵器１の外観は、ほぼ直方体である。底部４、周壁部５、扉６、天井部７で囲まれた発酵器１の内部には、パン生地やパン種などの被発酵物が格納される発酵室が形成される。
【００１８】
底部４の上面には、設けられるヒーター部３の発熱面が配置されている。ヒーター部３は、例えば電熱性のヒーターを用いることができる。また、ヒーター部３は、底部４の筐体内部に収められる後述の本発明にかかる発酵器の温度制御プログラムにより発熱温度が制御される。
【００１９】
図２は、図１の全体斜視図から扉６を取り外した状態を示す斜視図である。周壁部５は、さらに発酵器１の側面をなす右側壁５ａと左側壁５ｂと、背面（扉６の反対側）をなす背面部５ｃとからなる。右側壁５ａと左側壁５ｂと背面部５ｃのそれぞれは、ほぼ矩形の板状部材である。右側壁５ａと左側壁５ｂと背面部５ｃは、それぞれ別部材として形成されている。なお、右側壁５ａと左側壁５ｂと背面部５ｃは、一つの部材として形成しそれぞれの接続部分を薄肉化して折りたたみ可能なように形成してもよい。
【００２０】
なお、周壁部５，扉６，天井部７は、発酵室内外の断熱が必要であるため、断熱性の材料により形成されている。周壁部５，扉６，天井部７の材質としては、例えば低発泡性のポリスチレン（いわゆる発泡スチロール）が挙げられる。
【００２１】
ただし、周壁部５，扉６，天井部７の材質としては、ポリプロピレンやこれに代替できる他の高分子化合物でもよい。また、周壁部５，扉６，天井部７はそれぞれ材質が違っていてもよい。
【００２２】
発酵室２には、周壁部５の内壁に設けられる載置網受け９によって、載置網８が載置可能である。また、発酵室２には、発酵室２内の複数の載置網８のうちヒーター部３に最も近い載置網８とヒーター部３との間（ヒーター部３の真上）にある載置網受け９を介して、対流制御板１０が載置可能である。
【００２３】
載置網８は、被発酵物（あるいは被発酵物が収められたトレイ）が載置される複数の載置台の一例である。なお、載置網８は、網状のものに限らず、後述するように発酵室２内の空気の対流を実現できる形状であれば、様々なものを利用することが可能である。
【００２４】
載置網受け９は、被発酵物を発酵室２内に格納する際に用いられる載置網８を載置するために、発酵室２の内側に向けて突出するように周壁部５の右側壁５ａおよび左側壁５ｂに設けられている。
【００２５】
対流制御板１０は、載置網受け９を介して、発酵室２内に配置される。また、対流制御板１０は、発酵室２内の複数の載置網８のうちヒーター部３に最も近い載置網８とヒーター部３との間に配置される。ここで、対流制御板１０とヒーター部３との鉛直方向の距離は、対流制御板１０の耐熱性を考慮して適宜定められ、後述のヒーター部３からの熱流を周壁部５側へ促す効果を考慮すると短いことが望ましい。
【００２６】
図３は、天井部７を取り外し、対流制御板１０を載置した状態の発酵器１の平面図である。対流制御板１０は、本体部１０ａ、切欠部１０ｂ（１０ｂ１，１０ｂ２）を有する。対流制御板１０は、発酵室２に対流制御板１０を配置したときに、本体部１０ａが発酵室２の平面視中央付近に位置するように配置される。図３中、ハッチングを施した箇所は、後述する流路を示す。
【００２７】
本体部１０ａは、対流制御板１０が発酵室２内に載置された際にヒーター部３の熱流が直上（に載置される被発酵物）に上昇せずに後述するように整流させるために、通気性を有しない（あるいは通気性の低い）材質や構成を有する。
【００２８】
切欠部１０ｂは、対流制御板１０の縁に形成される。切欠部１０ｂは、発酵室２内の空間のうち、対流制御板１０の下方の空間と対流制御板１０の上方の空間とを連通させ、ヒーター部３付近の温かい空気と発酵室２内の空気とを流通させる流路を形成する構成の一例である。
対流制御板１０の材質としては、断熱性を有するものが望ましく、例えば低発泡性のポリスチレンがあげられる。
【００２９】
図４は、発酵器１の側断面図である。切欠部１０ｂを設けることで、本実施の形態にかかる発酵器１では、ヒーター部３によって熱せられた対流制御板１０の下方の空間にある空気が、切欠部１０ｂを通って周壁部５の内壁沿い（図３においてハッチングを施した箇所）を上昇する。上昇した空気は、図４の矢印で示したように、天井部７の内壁に当たった後に下降に転じ、載置網８の網目を抜けて対流制御板１０の上面に反射されて再び上昇に転じることで発酵室２内を対流する。対流制御板１０が以上のような空気の流れを促すことで、発酵器１は、発酵室２内の温度差を低減することができる。つまり、発酵器１は、ヒーター部３に近い載置網８に載置される被発酵物とヒーター部３から離れた載置網８に載置される被発酵物との発酵温度の差を低減することができる。
【００３０】
図５は、底部４の斜視図である。また、図６は天井部７を取り外した状態の発酵器１の平面図である。ここで、図６に示すように、発酵器１は断面形状が平面視多角形、より詳細には矩形状である。
【００３１】
底部４は、例えば樹脂製の筐体４ａにより板状に形成される。底部４には、ヒーター部３のほかに、結合部品１１、スイッチ部１２、表示部１３、発酵室内温度センサー（第３センサー）１４が設けられる。また、底部４には、図５，６に破線で示したように、発酵室外温度センサー（第１センサー）１５、ヒーター周囲温度センサー（第２センサー）１６、制御回路（温度取得手段と制御手段）１７が設けられる。
結合部品１１は、例えばねじ込み式ノブであり、ねじ込むことで周壁部５の右側壁５ａと左側壁５ｂとが底部４に固定される。
【００３２】
なお、結合部品１１は、周壁部５を底部４に固定することができるものであればよく、上述のようにねじ込み式に限らず様々な方法を採用することができる。
【００３３】
図７は、本発明にかかる発酵器の温度制御プログラムが動作する発酵器１の温度制御手段の機能ブロック図である。図６と図７とを参照して、発酵器１の温度制御手段の構成を説明する。
【００３４】
スイッチ部１２は、発酵器１の情報入力手段の一例であり、ヒーター部３の電源の入／切、設定温度の上下などの操作入力を発酵器１の利用者などから受け付ける。
【００３５】
表示部（表示手段）１３は、例えばヒーター部３の電源の入／切や設定温度などといったヒーター部３の動作状態や発酵室２内の現在の温度などのデータを表示する。
【００３６】
発酵室内温度センサー１４は、底部４の上面であって背面部５ｃ側の周縁中央付近に設けられている。発酵室内温度センサー１４は、ヒーター部３により熱せられた発酵室２内の空気の温度（以下「測定温度Ｔ３」という。）を取得する。発酵室内温度センサー１４が取得した測定温度Ｔ３は、ヒーター部３の温度制御および発酵室２内の温度の推定に用いられる。発酵室内温度センサー１４は、例えばサーミスタからなる。
【００３７】
なお、発酵室内温度センサー１４の位置は、図５に示したように筐体４ａの上面の背面部５ｃ側の周縁中央付近に限らず、周壁部５の内壁に沿った位置である限り適宜の場所に配置することができる。つまり、発酵室内温度センサー１４の位置としては、例えば、右側壁５ａ側や左側壁５ｂ側の筐体４ａの上面の周縁であってもよい。
【００３８】
発酵室外温度センサー１５は、背面部５ｃの下方にあたる底部４の筐体４ａ外側に検出部を露出させて設けられる。発酵室外温度センサー１５は、発酵室２の外部の気温（以下「外気温度Ｔ１」という。）を取得する。発酵室外温度センサー１５が取得した外気温度Ｔ１は、制御回路１７によってヒーター部３の温度制御および発酵室２内の温度の推定に用いられる。発酵室外温度センサー１５は、例えばサーミスタからなる。
【００３９】
ヒーター周囲温度センサー１６は、底部４の筐体（モールド）４ａに不図示の温度検知部が位置するように設けられる。ヒーター周囲温度センサー１６は、筐体４ａのヒーター部３に近接した箇所の温度（以下「周囲温度Ｔ２」という。）を取得する。ヒーター周囲温度センサー１６が取得した周囲温度Ｔ２は、制御回路１７によってヒーター部３の温度制御および発酵室２内の温度の推定に用いられる。ヒーター周囲温度センサー１６は、例えばサーミスタからなる。
【００４０】
制御回路１７は、底部４の筐体４ａ内の適宜な位置に設けられる。制御回路１７は、発酵室２内の中央部温度Ｔ４（以下「中央部温度Ｔ４」という。）を取得して、現在の温度として表示部１３に表示する。すなわち、発酵器１の利用者は、表示部１３の表示により、発酵室２内の中央部の温度を把握することができる。
【００４１】
ここで、制御回路１７は、発酵室内温度センサー１４が取得した測定温度Ｔ３、発酵室外温度センサー１５が取得した外気温度Ｔ１、およびヒーター周囲温度センサー１６が取得した周囲温度Ｔ２と、を用いて中央部温度Ｔ４を推定して取得する。中央部温度Ｔ４の推定方法については、後述する。
【００４２】
なお、制御回路１７による中央部温度Ｔ４の取得方法は、上述のように推定するものに限られない。例えば、制御回路１７は、発酵室２中央に設けられた温度センサー（不図示）で検知された温度を、中央部温度Ｔ４として取得してもよい。
【００４３】
また、制御回路１７は、スイッチ部１２から取得した設定温度ＴＳと外気温度Ｔ１と周辺温度Ｔ２との情報に基づいてヒーター部３の出力温度ＴＴを算出し、ヒーター部３の温度制御を行う。制御回路１７は、例えば所定のＣＰＵ、プログラムを格納するメモリ、その他必要な周辺機器を集積した回路（マイクロコントローラ）などによって実現されている。
【００４４】
[中央部温度Ｔ４の推定とヒーター部の出力温度ＴＴの算出について]
次に、発酵器１で用いる中央部温度Ｔ４を推定により取得する場合のその推定方法と、ヒーター部の出力温度ＴＴの算出方法について説明する。中央部温度Ｔ４は、次式１により推定される。また、ヒーター部３の出力温度ＴＴは、次式２により算出される。
式１：Ｔ４＝Ｔ３−（Ｔ２−Ｔ１）×Ｆ
式２：ＴＴ＝ＴＳ＋（Ｔ２−Ｔ１）×Ｆ
ただし、Ｆは発酵室２からの放射熱の影響を考慮して予め定められた係数であり、例えば制御回路１７のメモリに記憶されている。
【００４５】
まず、式１、２を決定するにあたり、温度測定位置についての考え方を示す。
図８は、温度測定位置を示す発酵器１の側断面図である。式１による中央部温度Ｔ４を推定するために用いる温度センサーは、発酵室内温度センサー１４、発酵室外温度センサー１５、ヒーター周囲温度センサー１６の３つである。底部４の背面部５ｃ側には、発酵室２外の外気温度Ｔ１を取得する発酵室外温度センサー１５が設けられる。また、底部４内のヒーター部３付近には、周囲温度Ｔ２を取得するヒーター周囲温度センサー１６が設けられる。さらに、対流制御板１０の切欠部１０ｂと背面部５ｃとによって形成される自然対流の流路上に、測定温度Ｔ３を取得する発酵室内温度センサー１４が設けられる。
【００４６】
発酵器１のように、発酵室２の底部４にヒーター部３を設けて発酵室２内の空気を加熱する場合に、ヒーター部３の出力温度ＴＴを算出するにあたり基本となる式は次の式３である。
式３ ＴＴ＝ＴＳ+（Ｔ３−Ｔ４）
【００４７】
ここで、式３について説明する。測定温度Ｔ３には、対流制御板１０の下方の空間にある、ヒーター部３によって熱せられた空気の温度が反映されている。また、中央部温度Ｔ４は、被発酵物が載置される載置網８付近の温度に相当する。中央部温度Ｔ４は、測定温度Ｔ３と比較すると低温である。測定温度Ｔ３より中央部温度Ｔ４が低温の理由は、発酵室２内の空気を温めるために生じた温度低下と周壁部５を通じて発酵室２外に放出される熱による温度低下との影響による。測定温度Ｔ３より中央部温度Ｔ４が低温の理由のうち、発酵室２内の空気を暖めるために生じた温度低下は、測定温度Ｔ３を測定する位置から中央部温度Ｔ４を測定すると仮定する位置までの熱伝達経路（すなわち、熱の伝達時間）によって生ずる温度低下と考えることができる。
【００４８】
つまり、発酵室２の中央部温度Ｔ４を発酵室２の設定温度ＴＳに制御するにあたり、ヒーター部３の出力温度ＴＴは、発酵室２の設定温度ＴＳに熱の伝達時間によって生ずる温度低下分と周壁部５を通じて発酵室２外に放出される熱による温度低下分を加える必要がある。
【００４９】
一方、発酵室２の中央部温度Ｔ４に基づいてヒーター部３の出力温度ＴＴを制御する場合、以下の点について考慮しなければならない。
【００５０】
つまり、ヒーター部３の出力温度ＴＴをヒーター部３から離れた位置の温度にあたる発酵室２の中央部温度Ｔ４に基づいて制御すると、温度変化のヒステリシスが大きくなる。その結果、発酵室２の中央部温度Ｔ４を設定温度ＴＳに制御することが困難となる。
【００５１】
ここで、温度センサーを配置する位置は、発酵器１の底部が好ましい。その理由は、例えば、発酵室２の中央部に温度センサーを配置した場合には、被発酵物であるパン生地を載置した載置網８に温度センサーが近接するからである。従って、パン生地の配置箇所や数などにより、発酵室２内の熱伝達経路（空気の流路）が遮断されるか若しくは変化して、上述の温度センサーにより測定される温度の数値に変化が生じるおそれがあるからである。
【００５２】
また、温度センサーを発酵器１の底部に配置すれば、発酵器１のように発酵室２を組み立て式とした場合においても、組み立ての容易さや位置決め精度確保の観点からメリットがある。
【００５３】
そこで、本実施例においては、ヒーター周囲温度センサー１６はもちろんのこと、発酵室内温度センサー１４や発酵室外温度センサー１５も発酵器１の底部に設けている。発酵器１は、これらのセンサーを用いて、発酵室外の外気温度Ｔ１とヒーター部３の周囲温度Ｔ２と発酵室内の温度Ｔ３を測定して、発酵室２内の中央部温度Ｔ４を推定する。そして、発酵器１は、推定した中央部温度Ｔ４を用いて、ヒーター部３の出力温度ＴＴを算出する。
【００５４】
次に、発酵器１において、発酵室外の外気温度Ｔ１とヒーター部３の周囲温度Ｔ２とを用いて中央部温度Ｔ４を推定する際の考え方を説明する。本発明の発明者は、発酵器１を開発するにあたり、発酵器１の構造（ヒーター部３の位置、発酵室２内の熱伝達経路）の場合、発酵室内測定温度Ｔ３と中央部温度Ｔ４との温度差ΔＴ１と、発酵室外の外気温度Ｔ１とヒーター部３の周囲温度Ｔ２との温度差ΔＴ２と、の間には、所定の係数Ｆをもって比例して推移する関係があることを見い出した。つまり、ΔＴ１とΔＴ２との間には、次の式４が成り立つ。
式４ ΔＴ１＝Ｆ×ΔＴ２
【００５５】
ここで、Ｆの値は、発酵室２からの放射熱の影響を考慮して予め定められるが、熱伝達経路の違いによる放射熱の影響を考慮して、様々な値をとることができ、制御回路１７のメモリに記憶されている。
【００５６】
式４から、中央部温度Ｔ４は、発酵室外の外気温度Ｔ１とヒーター部３の周囲温度Ｔ２と発酵室内測定温度Ｔ３とにより、上述の式１として導かれる。
そして、式１と式３とにより、ヒーター部３の出力温度ＴＴは、上述の式２として導かれる。
【００５７】
［発酵器の温度制御］
次に、本発明にかかる発酵器１の温度制御方法について説明する。
図９は、発酵器１の温度制御方法の例を示すフローチャートである。
【００５８】
まず、制御回路１７は、スイッチ部１２に入力された発酵器１の動作開始、および、設定温度ＴＳの情報を取得する（図９におけるＳ１０１）。発酵器１の動作開始後、制御回路１７は、発酵室外温度センサー１５から外気温度Ｔ１（Ｓ１０２）を、ヒーター周囲温度センサー１６からヒーター部３の周囲温度Ｔ２（モールド温度）（Ｓ１０３）を、発酵室内温度センサー１４から測定温度Ｔ３をそれぞれ取得する（Ｓ１０４）。
【００５９】
設定温度ＴＳ、外気温度Ｔ１、周囲温度Ｔ２、および測定温度Ｔ３を取得した制御回路１７は、式１により発酵室２内部の中央部温度Ｔ４を推定する（Ｓ１０５）。
【００６０】
制御回路１７は、設定温度ＴＳと推定した中央部温度Ｔ４とに基づいて、式２によりヒーター部３の出力温度ＴＴを算出して、ヒーター部３の出力を制御する（Ｓ１０６）。制御回路１７は、設定された出力温度ＴＴを目標としてヒーター部３を加熱する（Ｓ１０７）。
【００６１】
制御回路１７は、測定温度Ｔ３が出力温度ＴＴに達したか否かを判断する（Ｓ１０８）。測定温度Ｔ３が出力温度ＴＴに達した場合には（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、式１，２より中央部温度Ｔ４が設定温度ＴＳに達したと推定されるので、制御回路１７は温度制御処理を終了する。測定温度Ｔ３が出力温度ＴＴに達しない場合には（Ｓ１０８：Ｎｏ）、制御回路１７は、Ｓ１０２以下の処理を繰り返す。
【００６２】
[設定温度近接時のヒーター部の出力制御]
次に、測定温度Ｔ３が出力温度ＴＴに近づいた際のヒーター部３の出力制御（出力の変更）について説明する。
【００６３】
図１０は、発酵器１のヒーター部３の出力制御方法の例を示すフローチャートである。制御回路１７は、出力温度ＴＴと発酵室外の外気温度Ｔ１との差ΔＴを算出する（図１０におけるＳ２０１）。
【００６４】
制御回路１７は、ΔＴに基づいて出力温度ＴＴを下回り（出力温度ＴＴより低温）出力制御を開始する温度として、所定温度ＴＣを算出する（Ｓ２０２）。ここで、所定温度ＴＣは、出力温度ＴＴから一定の温度を減じた温度（例えば、ＴＴ−α[℃]；αは予め定められる値）としても、あるいはΔＴの大きさにより可変（例えば、ΔＴの値に比例して所定温度ＴＣを変化）させてもよい。
【００６５】
制御回路１７は、所定温度ＴＣを算出後、測定温度Ｔ３が所定温度ＴＣに到達したか否かの判断を行う（Ｓ２０３）。測定温度Ｔ３が所定温度ＴＣに達しないときは（Ｓ２０３：Ｎｏ）、Ｓ２０３の判断を繰り返す。
【００６６】
測定温度Ｔ３が所定温度ＴＣに達したときは（Ｓ２０３：Ｙｅｓ）、制御回路１７は、ヒーター部３の出力をそれまでの出力より低下させる（Ｓ２０４）。出力低下の方法としては、例えば、通常の出力がヒーター部３の定格電流値を連続的に与えているのに対して所定温度ＴＣに達した後はＰＷＭ制御に移行する方法が挙げられる。
【００６７】
所定温度ＴＣに達した後にＰＷＭ制御を行う場合に、制御回路１７は、例えばΔＴと発酵室外の外気温度Ｔ１とに基づいて、通常の出力に対するＰＷＭ制御時の出力の比率を算出する。このとき、制御回路１７は、例えば、図１１のような予めメモリなどの不図示の記憶手段に格納されるデータテーブルに基づいてＰＷＭ制御時の上記出力の比率を算出する。
【００６８】
なお、所定温度ＴＣに達した後の出力低下の方法としては、以上説明した例に限らず、例えば、通常の出力時の電流値より所定温度ＴＣに達した後は電流値を低下させる、あるいは、ヒーター部３の加熱面の面積を変更するなどの方法が考えられる。
【００６９】
図１２は、発酵室２内の温度変化の概略の一例を示す図である。図１２において、縦軸は測定温度Ｔ３、横軸は発酵器１の動作開始からの経過時間ｔを示す。測定温度Ｔ３は、初期の温度Ｔ０からヒーター部３が定格電流値で加熱されることにより上昇する。測定温度Ｔ３が所定温度ＴＣに達すると、制御回路１７が上述の処理によりヒーター部３の出力を定格の出力から所定の比率で低下させる。このため、測定温度Ｔ３は、出力温度ＴＴに到達後緩やかに低下し時間ｔ１が経過した後に設定温度ＴＳに収束し始める。
【００７０】
なお、発酵室２内の温度制御の仕方は、図１２のように測定温度Ｔ３が出力温度ＴＴを上回った（オーバーシュート）後に出力温度ＴＴ以下になり、その温度から徐々に収束させる場合に限らない。例えば、図１３のようにオーバーシュートした後に出力温度ＴＴ以上の温度から徐々に収束させることも可能である。また、図１４のようにオーバーシュートすることなく徐々に出力温度ＴＴに収束させることも可能である。
【００７１】
[実施の形態の作用・効果]
以上説明したように発酵器１は、発酵室２の温度（中央部温度Ｔ４）を設定温度ＴＳとするために発酵器１のヒーター部３の出力温度ＴＴを算出し、算出した出力温度ＴＴをヒーター部３の温度とするためにヒーター部３の出力を制御する。その際、発酵室外温度センサー１５から取得した外気温度Ｔ１、ヒーター周囲温度センサー１６から取得した周囲温度Ｔ２、発酵室内温度センサー１４から取得した測定温度Ｔ３を用いる。そのため、発酵器１によれば、温度変化のヒステリシス、被発酵物の位置・大きさ・数などによる熱伝達経路の変化などの影響を受けることなく、かつ、組み立ての容易さなどを損なうことなく安定した位置で温度測定ができる。
【００７２】
また、以上説明したように発酵器１は、底部４に発酵室内温度センサー１４と発酵室外温度センサー１５とヒーター周囲温度センサー１６とを設けることによって、被発酵物の載置状態に影響されることなく、正確な温度を測定できる。
【００７３】
さらに、以上説明したように発酵器１は、発酵室２の底部４に配置されたヒーター部３が発酵室２内を加熱するよう構成され、対流制御板１０の切欠部１０ｂにより形成される自然対流の流路上に発酵室２内の測定温度Ｔ３を取得する発酵室内温度センサー１４を配置する。ここで、発酵器１は、対流制御板１０の形状により、発酵室内温度センサー１４上方の切欠部１０ｂの開口面積が適切に確保（流路の断面積が確保）できるため、自然対流により発酵室２内の温度を均一にすることができる。流路上に発酵室内温度センサー１４が配置された発酵器１によれば、発酵室内温度センサー１４による発酵室２内の中央部温度Ｔ４を正確に推定できる。そして、発酵器１によれば、中央部温度Ｔ４の推定値を用いてヒーター部３の出力温度ＴＴを適切に制御し、結果として発酵室２内の温度を設定温度ＴＳに制御することができる。
【００７４】
このように、発酵器１によれば、発酵室からの放射熱の影響を考慮して迅速かつ正確に発酵室内の温度を制御することができる。
【００７５】
さらに、発酵器１では、出力温度ＴＴと発酵室外の外気温度Ｔ１との差ΔＴに基づいて出力温度ＴＴを下回り出力制御を開始する温度として、所定温度ＴＣを算出する。そして、発酵器１では、所定温度ＴＣを算出後、測定温度Ｔ３が所定温度ＴＣに到達後、それまでのヒーター部３の出力より低い出力でヒーター部３を加熱する。そのため、発酵器１によれば、迅速に発酵室２の温度（測定温度Ｔ３などより推定される中央部温度Ｔ４）を設定温度ＴＳに収束することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１ ：発酵器
２ ：発酵室
３ ：ヒーター部
４ ：底部
４ａ ：筐体
５ ：周壁部
６ ：扉
７ ：天井部
８ ：載置網
１０ ：対流制御板
１１ ：結合部品
１２ ：スイッチ部
１３ ：表示部
１４ ：発酵室内温度センサー
１５ ：発酵室外温度センサー
１６ ：ヒーター周囲温度センサー
１７ ：制御回路
Ｆ ：係数
Ｔ０ ：温度
Ｔ１ ：外気温度
Ｔ２ ：周囲温度
Ｔ３ ：測定温度
Ｔ４ ：中央部温度
ＴＣ ：所定温度
ＴＳ ：設定温度
ＴＴ ：出力温度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被発酵物が格納される発酵室の底部に配置された熱源が上記発酵室内を加熱するよう構成されていて、
上記発酵室内の設定温度ＴＳを取得する情報入力手段と、
上記発酵室外の外気温度Ｔ１を取得する第１センサーと、
上記熱源の周辺温度Ｔ２を取得する第２センサーと、
上記熱源の出力を制御する制御手段と、
を備えた発酵器により実行される、上記発酵室内の温度を制御する方法であって、
上記設定温度ＴＳを取得するステップと、
上記外気温度Ｔ１を取得するステップと、
上記周辺温度Ｔ２を取得するステップと、
上記制御手段が上記設定温度ＴＳと上記外気温度Ｔ１と上記周辺温度Ｔ２とに基づいて上記熱源の出力温度ＴＴを算出するステップと、
を有してなることを特徴とする発酵器の温度制御方法。
【請求項２】
上記制御手段が、上記熱源の出力温度ＴＴを次式により算出する、
請求項１に記載の発酵器の温度制御方法。
ＴＴ＝ＴＳ+（Ｔ２−Ｔ１）×Ｆ
ただし、Ｆは上記発酵室からの放射熱の影響を考慮して予め定められた係数である。
【請求項３】
上記発酵器は、
上記発酵室内の中央部温度Ｔ４を取得する温度取得手段と、
を備え、
上記温度取得手段が、上記中央部温度Ｔ４を取得するステップと、
を有する、請求項１または２記載の発酵器の温度制御方法。
【請求項４】
上記発酵器は、
上記発酵室内の測定温度Ｔ３を取得する第３センサーと、
を備え、
上記第３センサーが、上記測定温度Ｔ３を取得するステップ、
を有し、
上記温度取得手段が、上記外気温度Ｔ１と上記周囲温度Ｔ２とおよび上記測定温度Ｔ３とに基づいて発酵室内の中央部温度Ｔ４を推定して取得する、
請求項３記載の発酵器の温度制御方法。
【請求項５】
上記温度取得手段が、上記中央部温度Ｔ４を次式により推定する、
請求項４記載の発酵器の温度制御方法。
Ｔ４＝Ｔ３−（Ｔ２−Ｔ１）×Ｆ
ただし、Ｆは上記発酵室からの放射熱の影響を考慮して予め定められた係数である。
【請求項６】
上記制御手段が上記出力温度ＴＴと上記外気温度Ｔ１との温度差ΔＴに基づいて、上記出力温度ＴＴを下回る所定温度ＴＣを算出するステップと、
上記測定温度Ｔ３が上記所定温度ＴＣに到達した際に、上記制御手段が上記熱源の出力を変更するステップと、
を有する、
請求項３記載の発酵器の温度制御方法。
【請求項７】
上記制御手段が、上記温度差ΔＴと上記外気温度Ｔ１とに基づいて、上記熱源の出力を変更する、
請求項６記載の発酵器の温度制御方法。
【請求項８】
上記第１センサーと上記第２センサーと上記第３センサーとが、上記底部に設けられる、請求項１から７のいずれかに記載の発酵器の温度制御方法。
【請求項９】
被発酵物が格納される発酵室の底部に配置された熱源が上記発酵室内を加熱するよう構成されていて、
上記発酵室内の設定温度ＴＳを取得する情報入力手段と、
上記発酵室外の外気温度Ｔ１を取得する第１センサーと、
上記熱源の周辺温度Ｔ２を取得する第２センサーと、
上記発酵室内の温度の制御するコンピュータと、
を備えた発酵器において、上記コンピュータに、
上記設定温度ＴＳを取得するステップと、
上記外気温度Ｔ１を取得するステップと、
上記周辺温度Ｔ２を取得するステップと、
上記設定温度ＴＳと上記外気温度Ｔ１と上記周辺温度Ｔ２とに基づいて上記熱源の出力温度ＴＴを算出するステップと、
を実行させることを特徴とする発酵器の温度制御プログラム。
【請求項１０】
発酵室の底部に配置された熱源が上記発酵室内を加熱するよう構成され、
上記発酵室内の設定温度ＴＳを取得する情報入力手段と、
上記発酵室外の外気温度Ｔ１を取得する第１センサーと、
上記熱源の周辺温度Ｔ２を取得する第２センサーと、
上記熱源の出力を制御する制御手段と、
を備え、上記発酵室からの放射熱の影響を考慮して上記熱源の出力を制御することで上記発酵室内の温度を制御する発酵器であって、
上記制御手段は、上記設定温度ＴＳと上記外気温度Ｔ１と上記周囲温度Ｔ２とに基づいて上記熱源の出力を制御する、
ことを特徴とする発酵器。
【請求項１】
被発酵物が格納される発酵室の底部に配置された熱源が上記発酵室内を加熱するよう構成されていて、
上記発酵室内の設定温度ＴＳを取得する情報入力手段と、
上記発酵室外の外気温度Ｔ１を取得する第１センサーと、
上記熱源の周辺温度Ｔ２を取得する第２センサーと、
上記熱源の出力を制御する制御手段と、
を備えた発酵器により実行される、上記発酵室内の温度を制御する方法であって、
上記設定温度ＴＳを取得するステップと、
上記外気温度Ｔ１を取得するステップと、
上記周辺温度Ｔ２を取得するステップと、
上記制御手段が上記設定温度ＴＳと上記外気温度Ｔ１と上記周辺温度Ｔ２とに基づいて上記熱源の出力温度ＴＴを算出するステップと、
を有してなることを特徴とする発酵器の温度制御方法。
【請求項２】
上記制御手段が、上記熱源の出力温度ＴＴを次式により算出する、
請求項１に記載の発酵器の温度制御方法。
ＴＴ＝ＴＳ+（Ｔ２−Ｔ１）×Ｆ
ただし、Ｆは上記発酵室からの放射熱の影響を考慮して予め定められた係数である。
【請求項３】
上記発酵器は、
上記発酵室内の中央部温度Ｔ４を取得する温度取得手段と、
を備え、
上記温度取得手段が、上記中央部温度Ｔ４を取得するステップと、
を有する、請求項１または２記載の発酵器の温度制御方法。
【請求項４】
上記発酵器は、
上記発酵室内の測定温度Ｔ３を取得する第３センサーと、
を備え、
上記第３センサーが、上記測定温度Ｔ３を取得するステップ、
を有し、
上記温度取得手段が、上記外気温度Ｔ１と上記周囲温度Ｔ２とおよび上記測定温度Ｔ３とに基づいて発酵室内の中央部温度Ｔ４を推定して取得する、
請求項３記載の発酵器の温度制御方法。
【請求項５】
上記温度取得手段が、上記中央部温度Ｔ４を次式により推定する、
請求項４記載の発酵器の温度制御方法。
Ｔ４＝Ｔ３−（Ｔ２−Ｔ１）×Ｆ
ただし、Ｆは上記発酵室からの放射熱の影響を考慮して予め定められた係数である。
【請求項６】
上記制御手段が上記出力温度ＴＴと上記外気温度Ｔ１との温度差ΔＴに基づいて、上記出力温度ＴＴを下回る所定温度ＴＣを算出するステップと、
上記測定温度Ｔ３が上記所定温度ＴＣに到達した際に、上記制御手段が上記熱源の出力を変更するステップと、
を有する、
請求項３記載の発酵器の温度制御方法。
【請求項７】
上記制御手段が、上記温度差ΔＴと上記外気温度Ｔ１とに基づいて、上記熱源の出力を変更する、
請求項６記載の発酵器の温度制御方法。
【請求項８】
上記第１センサーと上記第２センサーと上記第３センサーとが、上記底部に設けられる、請求項１から７のいずれかに記載の発酵器の温度制御方法。
【請求項９】
被発酵物が格納される発酵室の底部に配置された熱源が上記発酵室内を加熱するよう構成されていて、
上記発酵室内の設定温度ＴＳを取得する情報入力手段と、
上記発酵室外の外気温度Ｔ１を取得する第１センサーと、
上記熱源の周辺温度Ｔ２を取得する第２センサーと、
上記発酵室内の温度の制御するコンピュータと、
を備えた発酵器において、上記コンピュータに、
上記設定温度ＴＳを取得するステップと、
上記外気温度Ｔ１を取得するステップと、
上記周辺温度Ｔ２を取得するステップと、
上記設定温度ＴＳと上記外気温度Ｔ１と上記周辺温度Ｔ２とに基づいて上記熱源の出力温度ＴＴを算出するステップと、
を実行させることを特徴とする発酵器の温度制御プログラム。
【請求項１０】
発酵室の底部に配置された熱源が上記発酵室内を加熱するよう構成され、
上記発酵室内の設定温度ＴＳを取得する情報入力手段と、
上記発酵室外の外気温度Ｔ１を取得する第１センサーと、
上記熱源の周辺温度Ｔ２を取得する第２センサーと、
上記熱源の出力を制御する制御手段と、
を備え、上記発酵室からの放射熱の影響を考慮して上記熱源の出力を制御することで上記発酵室内の温度を制御する発酵器であって、
上記制御手段は、上記設定温度ＴＳと上記外気温度Ｔ１と上記周囲温度Ｔ２とに基づいて上記熱源の出力を制御する、
ことを特徴とする発酵器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図１１】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図１１】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−１０２７６０（Ｐ２０１３−１０２７６０Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５１２８０（Ｐ２０１１−２５１２８０）
【出願日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【出願人】（５０２３５４５２４）アシストＶ株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【出願人】（５０２３５４５２４）アシストＶ株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
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