CN103052193B - 加热包含于烹饪容器中的液体的方法以及感应加热设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及加热包含于烹饪容器中的液体的方法，及感应加热设备。其中感应加热设备包括具有感应加热线圈的谐振电路，方法包括以下步骤：a)持续确定谐振电路的参数值，特别是谐振电路的周期持续时间，其中参数值取决于烹饪容器，特别是烹饪容器底部的温度，b)出于向烹饪容器，特别是向烹饪容器的底部供应加热功率的目的，在预定加热功率设定点值，特别是最大加热功率设定点值，向谐振电路施加射频方波电压评估参数值的时间曲线以确定液体的沸点，d)在已经确定沸点后，在预定的时间周期(TR)内将加热功率设定点的值降低预定量，e)在预定时间周期已消逝后，确定并存储当前参数值(PM)，并f)调整参数值至取决于所存储的参数值的设定点值。

Description

加热包含于烹饪容器中的液体的方法以及感应加热设备

技术领域

本发明涉及一种通过感应加热设备加热包含于烹饪容器中的液体的方法，以及用于执行该方法的感应加热设备。

背景技术

在感应加热设备中，通过感应加热线圈产生交变磁场，所述交变磁场在将被加热并且具有由铁磁材料构成的底部的烹饪容器中感生涡流，并且引起再磁化损失，作为结果烹饪容器被加热。

所述感应加热线圈是包括感应加热线圈以及一个或多个电容器的谐振电路的组成部分。感应加热线圈通常被设计成平板，螺旋绕组线圈具有相关铁氧体磁芯并被布置在，例如，电磁炉的玻璃陶瓷表面之下。这种情况下，感应加热线圈与将被加热的炊具结合形成谐振电路的感应部分和电阻部分。

为了驱动或激发谐振电路，具有主频为例如50Hz或60Hz的低频主AC电压首先被整流并随后通过半导体开关转换为具有较高频的激发或驱动信号。激发信号或驱动电压通常是具有频率在从20kHz至50kHz的范围内的方波电压。用于生成激发信号的电路也被称为（频率）转换器。

用于根据所设定的加热功率设定点值设定烹饪容器加热电源的各种方法是已知的。

在第一方法中，根据将被作为输出或供应或期望的功率转换的加热功率改变激发信号或方波电压的频率。这种设定加热功率输出的方法利用了当谐振电路在其谐振频率下被激发时输出最大加热功率的事实。激发信号频率和谐振电路谐振频率之间的差异越大，输出的加热功率越低。

然而，如果感应加热设备具有多个谐振电路，例如如果感应加热设备形成具有不同的感应烹饪点的电磁炉，并且针对谐振电路设定不同的加热功率，则通过不同频率的激发信号的叠加可能产生可能导致干扰噪音的差拍振动。

避免由此类差拍振动造成干扰噪音的一种用于设定加热功率的方法是在恒定激发频率下激发信号的脉宽调制，在此频率下通过改变激发信号的脉宽设定加热功率的有效值。然而，这种在通过改变在恒定激发器频率下的脉宽而控制有效值的情况下，会在半导体开关中产生高开启和闭合电流，其结果是产生宽带和高能的干扰频谱。

常常期望测量以这种方式确定被感应加热的烹饪容器底部的温度，以便能够生成例如特定加热时间曲线以确定沸点和/或能够实现自动化烹饪功能。

DE 10 2009 047 185 A1公开了一种方法和一种感应加热设备，在其中使用高分辨率测量烹饪容器底部的依赖温度的铁磁性质并对其进行评估以便确定烹饪容器底部的温度。

发明内容

本发明基于的目的是提供一种通过通过感应加热设备加热包含于烹饪容器内的液体的方法，以及提供用于执行该方法的感应加热设备，所述方法和感应加热设备能够以温度控制的方式实现将被执行的煮沸，特别基于在DE 10 2009 047 185 A1中公开的测量原理。

本发明借助具有权利要求1的特征的方法和具有权利要求8特征的感应加热设备实现该目的。

该方法用于加热并持续到煮沸包含于烹饪容器中的的液体例如水，通过感应加热设备，其中该感应加热设备包括具有感应加热线圈的谐振电路。该方法包括如下步骤：a）持续或周期性地确定谐振电路的至少一个参数值，特别是谐振电路的固有谐振频率或属于固有谐振频率的周期持续时间，所述参数值或值取决于烹饪容器，特别是烹饪容器底部的温度，特别是如在DE 10 2009 047 185 A1中所述；b)出于向烹饪容器特别是向烹饪容器底部供应加热功率的目的，在预定加热功率设定点值，特别是最大加热功率设定点值下施加采用射频方波电压到谐振电路，其中在确定至少一个参数值期间，施加于谐振电路的射频方波电压优选被短暂中断，特别是在主AC电压的过零区域；c)评估至少一个参数值的时间曲线或评估源于参数值的变量的时间曲线以便确定液体的沸点，例如通过至少一个参数值的变化或被确定的派生变量，并且当所述变化下降至低于或超过，特别是下降至低于预定值时时，随后确立沸点；d）在已经确定沸点后，在预定的时间周期内将加热功率设定点值按照预定量降低；e）之后，特别是经过该预定的时间周期随后立即确定并存储当时参数值；和f）调整至少一个参数值至取决于所存储的参数值的设定点值，其中常规加热-功率-确定参量可以被用作作用变量，例如方波电压的频率和/或方波电压的脉冲宽度或脉冲占空系数。根据本发明，这种参数设定点值被以自动的方式持续确定，由于在确定沸点后设定的参数值是理想地适用于计算设定点值，因此所述参数设定点值使得能够以最佳持续沸腾阶段持续沸腾。

在一个改进中，预定时间周期的范围为1秒和50秒之间，优选为在3秒和20秒之间。

在一个改进中，根据设定持续沸腾阶段来确定在预定时间周期内加热功率设定点值降低所按照的预定数量，特别是按照这种方式，在相对较高的持续沸腾情况下，按照与相对较低的持续沸腾阶段相比较小的量来降低在预定时间周期内加热功率设定点值。

在一个改进中，所述参数值的设定点值等于所存储的参数值。

在一个改进中，在预定的时间周期内所述加热功率设定点值被降低至最大加热功率设定点值的10％到50％。

在一个改进中，从所存储的参数值中减去一个偏移量以便确定参数值的设定点值，其中设定的持续沸腾阶段越小，所述偏移量越大。

在一个改进中，上述步骤之后进行如下步骤：评估参数值的或衍生于参数值的变量的时间曲线，例如在监测时间区间内当参数值或衍生于参数值按照超过最大量改变时（例如由于将被在液体中烹饪的产品的引入），通过形成到处的方式来衍生；调整加热功率设定点值至随后的菜谱的设定点值，并重复步骤c）至g）。如果在监测时间区间内参数值或衍生变量的变化小于最大量，使用之前确定的参数点值作为指导变量，液体能被轻微再加热，例如用于PI控制器。这样，这使得在液体上具有剧烈的冷却效果，采用优化的方式，就可以由于快速的再加热而以最适的方式引入将要被烹饪产品，并随后立即执行持续沸腾。

感应加热设备具有：具有感应加热线圈的谐振电路和被设计成执行上述方法的控制设备。

附图说明

下面将参考示出本发明的优选实施例的附图来描述本发明，并且在图中：

图1示意性地示出了为具有具备感应加热线圈的谐振电路和控制设备的感应加热设备，以及

图2示意性地示出了通过图1中所图示出的感应加热设备加热烹饪容器中的水的温度的时间曲线。

具体实施方式

图1示意性地示出了感应加热设备9，其具有具备感应加热线圈1和电容器2和3的谐振电路4，由控制设备8控制的功率单元7，其采用常规方式使用例如50Hz的电源频率矫正低频电源AC电压UN，并且随后，通过半导体开关（未示出）将所述电压UN转换为具有从20kHz到50kHz范围内的频率的方波电压UR，其中所述方波电压UR被施于所述谐振电路4或其感应加热线圈1以便为烹饪容器5的铁磁底部提供加热功率。

电容器2和3通常在中间电路电压的UZK+极和UZK-极之间形成串联回路，其中电容器2和3的连接节点与所述感应加热线圈1的连接相连。

感应加热设备9具有测量装置（在任何更多细节上未被示出），其使得能够以谐振电路4的固有谐振振荡的周期持续时间Tp（参见图2）的形式连续地或周期性地确定谐振电路4的参数值，其中周期持续时间Tp取决于烹饪容器的底部温度，即，类似于随温度的升高而延长，由于有效感应系数随烹饪容器底部温度的升高而增加，并且因此谐振频率降低并且相应的周期持续时间延长。所述周期持续时间Tp能够通过例如微控制器的计时器加以确定。

关于测量装置的设计和基础功能，测量方法和加热功率设置，同样参考DE 102009 047 185 A1，所述文件通过这种参考的方式被包含在本说明书的内容中在这方面以便避免重复，。

图2示出了通过在图1中图示出的感应加热设备9加热的烹饪容器或锅5中的水6的温度Θ的时间曲线，通过感应加热设备被供应给烹饪容器5的加热功率P(为额定加热功率的%)的时间曲线，以及当执行根据本发明的用于加热和持续沸腾的方法时谐振电路4固有谐振振荡的周期持续时间Tp的时间曲线。

控制设备8持续地或周期性地确定谐振电路4固有谐振振荡的周期持续时间Tp，为了这个目的，其中短暂中断加热电源和并对谐振电路4的固有谐振操作作出切换。由于低时间分辨率这些阶段未在图2中示出。

在时间区间Ⅰ中，射频方波电压UR在最大加热功率设定点值下被施于谐振电路4以便尽快煮沸水6。最大加热功率设定点值也被称作升压为额定加热功率的约1.6倍。

控制设备8评估周期持续时间Tp的时间曲线以便确定沸点。在时间区间Ⅰ的末端，周期持续时间Tp的增加降低至低于预定的最小值，这表明水6正在沸腾。周期持续时间Tp在时间区间Ⅰ的开始短暂的减小属于其固有的功能原则并且不被控制设备8评估为指示沸腾。

在随后的时间区间Ⅱ中，在约20秒的预定时间周期TR内，加热功率设定点值降低了预定量，其中根据由用户选择的持续沸腾阶段来确定所述预定量。

在时间区间Ⅱ中，由于水的高热容量水温Θ仅仅轻微降低，然而由周期持续时间Tp表示的锅底部温度降低至被存储在控制设备8中的值PM，并且其作为指导变量对应预期的持续沸腾功率。

在随后的时间区间Ⅲ中，通过合适的加热电源将周期持续时间Tp调整至存储的参数值PM。

在沸点的自动识别后，通常期待或多或少的强有力的持续沸腾。持续沸腾的强度取决于向炖5供应的加热功率。能够通过供应不同的加热功率实现不同的所谓的“壁度”（wall degree）。

为了这个目的，感应加热设备9提供多个可选的持续沸腾阶段，例如9种不同的持续沸腾阶段。

提供的阶段1和2用于在温度为75℃和95℃之间进行煨煮。相应进行温度控制或对应锅底部温度控制的周期持续时间Tp的控制。用于温度控制器的指导变量PM衍生于沸点。为了这个目的，在识别沸点后，功率可以降低至额定或最大功率的约10％到20％，在约3秒到20秒后，不以图2中所示的那样，持续周期时间的当前测量值PM减去在阶段1中对应约15K并在阶段2中对应5K的偏移量，并被用作温度控制器或周期持续时间控制器的指导变量。

阶段3-9被分配最小持续沸腾功率，其必须不能低于目标并且能够被用户取决于期望的壁度加以选择。

为持续沸腾过程，在不需要用户采取任何行动的情况下，就能够甚至在加入食物后也能维持或快速再次达到持续沸腾状态是有利的。如图2中所示，通过在测得沸点后将加热功率降低至对应于所选的持续沸腾阶段的值以确保这样，并在例如3秒到20秒的几秒的调整时间后，测量的周期持续时间Tp的值PM用作设定点值。锅底部温度现在能被调节至该设定点值，其中最小加热功率不能下降至低于用于依据持续沸腾阶段的所选壁度的设定点加热功率的值以下。

在添加食物时，在锅底部处检测的并能用于随后加热的温度通常降低。取决于菜的类型，可以使用不同的后续加热策略。因此，针对非常倾向起泡的食物应当选择轻度后续加热，而针对不倾向于起泡的食物可以应用选择强力后续加热。

食物的添加可能导致沸腾温度的变化。这能够通过比额定持续沸腾功率处所确立的设定点温度（开始时测量的沸腾温度）高或低的温度加以检测。在这种情况下，校正了设定点温度。

由于热被食物所吸收，添加食物后锅底部的温度迅速降低。取决于食物的种类和量，产生较小或较大的温度跳跃。取决于温度跳跃的量级和速度选择应用不同的根据本发明的后续加热策略。例如，小于10秒内多于3K导致在高功率下（﹥75％）的强力的持续后续加热直到再次识别沸腾并停止强力的后续加热。

温度的较小降低导致以预先检测的设定点变量为指导变量的轻度后续加热，例如对于PI控制器。

理所当然，还可以使用其他/附加的参数值代替采取周期持续时间形式的谐振电路参数值，例如谐振电路电压的振幅，围绕感应加热线圈的电压，谐振电路电流的振幅和/或在谐振电路电压和谐振电路电流之间的相移。

还理所当然的是，本发明能够同样被用于并联谐振电路或具有全桥驱动的串联谐振电路的环境。

Claims (10)

1.用于通过感应加热设备（9）加热包含于烹饪容器（5）中的液体（6）的方法，其中所述感应加热设备包括具有感应加热线圈（1）的谐振电路（4），所述方法包括以下步骤：

a）持续确定所述谐振电路的参数值，其中参数值取决于烹饪容器的温度，

b)出于向所述烹饪容器供应加热功率的目的，在预定加热功率设定点值下，向所述谐振电路施加射频方波电压(UR)，

c)评估所述参数值的时间曲线以便确定所述液体的沸点，

d）在已经确定所述沸点后，在预定的时间周期（TR）内将加热功率设定点的值降低预定的量，

e）在所述预定的时间周期已经消逝后，确定并存储当前参数值（PM），以及

f）调整所述参数值至取决于所存储的参数值的设定点值；

其中所述参数值的设定点值等于所述存储的参数值，或

从所述存储的参数值中减去偏移量以便确定所述参数值的设定点值，其中设定的持续沸腾阶段越小，所述偏移量越大。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述预定时间周期的范围为1秒到30秒之间。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于根据设定持续沸腾阶段确定在所述预定时间周期内所述加热功率设定点值降低的所述预定量。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于在所述预定时间周期内所述加热功率设定点值被降低至最大加热功率设定点值的10％到50％。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于下述步骤：

-评估所述参数值的时间曲线并

-当所述参数值的变化大于监测时间区间内的最大量时：

-调整所述加热功率设定点值至用于随后的烹饪方法的设定点值，和

-重复步骤c）至f）。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述参数值是所述谐振电路的固有谐振振荡的周期持续时间（Tp）。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烹饪容器的温度是所述烹饪容器底部的温度。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于向烹饪容器的底部供应加热功率。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述预定加热功率设定点值是最大加热功率设定点值。

10.感应加热设备（9），其具有

-具有感应加热线圈（1）的谐振电路（4），和

-控制设备（8），其被设计成执行根据权利要求1至9中一项所述的方法。