CN110351916A - 感应加热和烹饪 - Google Patents

Abstract

炉灶加热元件包括螺旋形感应线圈。螺旋形感应线圈包括第一平行载流导线阵列和第二回流载流导线阵列。磁屏蔽片放置在第一平行载流导线阵列和第二回流载流导线阵列之间。磁屏蔽片使第一平行载流导线阵列和第二回流载流导线阵列磁性地屏蔽。

Description

感应加热和烹饪

背景技术

厨房中的节能器具提高了能量效率。商用厨房以及餐厅使用气体进行烹饪，因为气体烹饪相比使用电器进行烹饪效率更高。近些年，感应烹饪已经受到了一些关注，尤其是在需要使用电进行烹饪的宾馆以及机场设施中。

用于感应加热的加热元件是导电线圈。电流通过线圈产生振荡磁场。磁场沿着线圈的轴向方向形成。诸如不锈钢锅或铁锅，或者不锈钢平底锅或铁的平底锅的炊具沿着轴向取向被放置于线圈的中心。线圈产生的振荡磁场会在炊具的导电材料内感应涡电流。由于炊具内的电阻，感应电流会在炊具中产生热量，从而加热炊具。

感应线圈被设计在平面中，典型地被设计成圆环(donut，甜甜圈)形，以便于磁场可以被扩散到锅的底部。因为是圆环形，所以加热区域为圆形，在中心留下了一个冷区。目前，这种影响通过使用复合基部的炊具而被减弱，例如，将铝盘夹在铁磁材料层之间，以将热量分散到炊具的基部。

附图说明

图1示出了根据现有技术的带有工件的感应加热线圈。

图2示出了根据现有技术的用于炉灶的传统感应烹饪线圈。

图3示出了与根据现有技术的炊具一起使用的传统感应烹饪线圈。

图4示出了根据实施例的线性电流导线阵列和回流阵列。

图5示出了根据实施例的具有磁屏蔽片的线性电流导线阵列。

图6示出了根据实施例的圆形感应导线阵列和炊具。

图7示出了根据实施例的六边形感应导线阵列。

图8示出了根据实施例的圆形感应导线阵列和炒锅。

具体实施方式

图1示出了典型的感应加热器设置，其中电流流过电线圈101，导致在线圈内侧沿着线圈的轴线的柱状空间中均匀地产生磁场。当电流为交流电时，磁场为时变的。工件102由磁性材料构成，如含铁的金属。当工件102被放置在电线圈101内侧时，时变的磁场将产生通过工件的涡电流。涡电流在工件内产生热量。

对于感应炉，线圈排布不同于典型的感应加热器。图2示出了感应炉线圈201的典型设计，其中感应炉线圈201在扁平的表面上被盘绕成圆盘形或者圆环形。这种形状允许感应炉线圈201沿着较大的区域感应涡电流。在这种构造下，感应炉线圈201会产生磁场，该磁场在感应炉线圈201的导线平行的区域中通常较强，如在远离感应炉线圈201中心的区域中，在此处附近的电流产生的磁场被有利地叠加到一起。感应炉线圈201的中心区域202(该处附近的电流相反)的磁场是最弱的。因此，感应炉灶的典型加热轮廓为环状。在烹饪时这种模式是不方便的，因为优选具有均匀的加热表面。热点可以导致烹饪不均匀

图3示出了被放置在圆盘形感应炉线圈301的一侧上的待感应炊具302。为了克服圆盘形感应炉线圈301产生的环形加热轮廓，炊具302可以采用多层包夹金属制造，例如，在两片不锈钢之间夹设一层铝。导热性高的铝层沿着不锈钢片横向传递热量，以均匀地分布热量。为了更均匀地加热，使用数量更多的层，诸如5层体系：钢-铝-钢-铝-钢。通过这些材料体系在一定程度上改善了因感应而产生的不均匀加热。然而，这些材料体系往往是昂贵的并且受到区域限制。

使用圆盘形感应炉线圈的感应线圈很难形成大的均匀的加热区域，如当需要使用煎煮烹饪时。更进一步的，使用复合金属板以均衡煎锅(griddle)所需要的较大区域上的温度可能是昂贵的。

然而，如下所述，可以设计一种感应加热元件，该感应加热元件将消除温度热点，从而为工业以及餐饮服务应用提供均匀的加热表面。这例如通过提供第一平行载流导线阵列实现，第一平行载流导线阵列沿相同方向取向并且足够紧密地间隔，使得导线有效地形成扁平的电流片。通过扁平的电流片的电流在导线阵列的上方感应均匀的磁场。为了形成闭合回路，在第一平行载流导线阵列下方设置第二回流载流导线阵列。磁场屏蔽件被放置在第一平行载流导线阵列和第二回流载流导线阵列之间，使得第二回流载流导线阵列的磁场不会抵消第一平行载流导线阵列的磁场。因此，在第一平行载流导线阵列的上方具有较强的均匀磁场，如煎锅的炊具可以被放置在该处，以被均匀地加热。

尽管为了说明的目的，以下的详细描述包含许多细节，但本领域的普通技术人员将容易理解的是，可以对以下示例性细节进行许多变化和替换。然而，相关领域技术人员将认识到，本文所公开的概念和技术可以在没有一个或多个具体细节的情况下实践，或与其它部件组合等。在其它实施例中，众所周知的实施例或者操作未被详细示出或描述，以避免模糊本文中公开的各种例子的方案。

图4示出了形成螺旋形感应线圈的电感应导线401。在图4中，电感应导线401排布为矩形螺旋。螺旋包括第一平行载流导线阵列410和第二回流载流导线阵列420。对于图4中示出的电感应导线401的构造，当电流流过电感应导线401时，产生磁场，且磁场主要分布在第一平行载流导线阵列410和第二回流载流导线阵列420之间的空间432中。磁场的强度为平行载流导线410中的电流和第二回流载流导线阵列420中的电流所贡献的磁场的总和。

产生在第二回流载流导线阵列420下方区域431中的磁场以及第一平行载流导线阵列410上方区域433中的磁场是可以忽略不计的，因为在这些区域中，第二回流载流导线阵列420和第一平行载流导线阵列410的磁场效应往往会抵消。

图5示出了在第一平行载流导线阵列410和第二回流载流导线阵列420之间的磁屏蔽片450。第一平行载流导线阵列410包括沿相同方向取向并足够紧密地间隔的导线，使得导线有效地形成电流片。

磁屏蔽片450的目的是使通过第一平行载流导线阵列410的电流所产生的磁场与通过第二回流载流导线阵列420的电流所产生的磁场分隔开。磁屏蔽片450显著地减少或者消除了第二回流载流导线阵列420下方区域431以及第一平行载流导线阵列410上方区域433中可以忽略不计的磁场所导致的磁场抵消。当磁屏蔽片450被插入到第一平行载流导线阵列410和第二回流载流导线阵列420之间时，放置在第二回流载流导线阵列420下方区域431以及第一平行载流导线阵列410上方区域433中的待感应炊具将接收足够的磁能来进行烹饪。例如，磁屏蔽片450包括用于散热的散热器。

例如，磁屏蔽片450具有高饱和度以及低涡电流密度的特性，使得功率损耗低。通过材料厚度与磁屏蔽片450的饱和度的组合，由第一平行载流导线阵列410中的电流在空间432中产生的磁场不会过多受到第二回流载流导线阵列420中的电流所产生的磁场影响。如果空间432中的磁场希望被用于感应烹饪，优选地，磁屏蔽片450应当靠近第二回流载流导线阵列420放置。磁屏蔽片450的磁导通量应当与由第二回流载流导线阵列420的总电流所产生的总磁场通量相匹配。以此方式，第一平行载流导线阵列410中的电流的磁场分布受该屏蔽片的影响应当最小化。

可选地，可以使用两个磁屏蔽片，其中一片靠近第一平行载流导线阵列410，另外一片靠近第二回流载流导线阵列420，使得磁场可以被集中在第一平行载流导线阵列410附近以及第二回流载流导线阵列420附近。不过，为了使损耗最小化，优选地，使用一单片来使来自第二回流载流导线阵列420的磁场改变方向。

磁屏蔽片450的一个重要的特性是低损耗，使得由磁屏蔽片450的存在而导致的损耗不会影响感应设备的整体效率。磁屏蔽片450的损耗包括磁滞损耗和涡电流损耗。磁滞损耗是由于磁屏蔽片450的域翻转引起的，这导致能量以热量形式损耗。通过正确选择用于制造磁屏蔽片450的材料，可以设计磁屏蔽片450引起损耗最小的感应烹饪器具。如果需要，第二回流载流导线阵列420和磁屏蔽片450可以安装在散热器上，该散热器将由电感应导线401中的电阻损耗产生的热量以及磁屏蔽片450中的涡电流和磁滞损耗产生的热量分散出去。

在图5中，电感应导线401的感应线圈图案为矩形，形成模块单元，该模块单元可排列成为大区域提供感应烹饪。除了矩形单元外，可以使用六边形单元或其他几何形状(诸如六边形、圆形、椭圆形方块或其它几何形状)的组合来覆盖较大区域。电感应导线的感应线圈图案可以形成螺旋形图案，螺旋形图案生成具有适合感应加热的任何期望的几何形状的第一平行载流导线阵列。

例如，第一平行载流导线阵列410可以具有适合对煎煮烹饪器具进行均匀加热的几何形状。典型的煎锅具有矩形的表面积，诸如24英寸x24英寸或者48英寸x48英寸。感应烹饪元件的阵列，如第一平行载流导线阵列410，可以被用于覆盖整个煎锅，使得煎锅器具能均匀受热而不需要多层表面。这对于使用三层煎锅表面结构的大型煎锅来说是有利的，在煎锅器具中，各层往往很薄，并且往往容易扭曲。利用爆炸粘结(explosion bonding)而获得的较厚的多层复合金属结构是昂贵的。

典型的煎板为0.5英寸到1英寸厚的钢板。当使用第一平行载流导线阵列410或者类似的均匀加热布线阵列时，因为第一平行载流导线阵列410提供均匀加热，所以可以使用更薄的煎板，降低了被扭曲的几率。

例如，第一平行载流导线阵列410用于实施模块元件阵列中的一个模块元件。在这样的阵列中，优选地，能够控制每个单独的模块元件的感应功率。当每个模块元件中安装温度传感器以感测模块元件的区域处的炊具的温度时，可以相应地给每个模块元件提供功率。例如，当一片冷肉被放到煎锅的区域中时，煎锅金属板的局部温度会降低。局部温度的降低可以导致金属板扭曲。因此，需要煎板给加热该冷区的模块元件增加功率而不会增加煎板的没有放冷肉的其他区域的温度。这种对模块元件的单独控制提高了煎锅烹饪的整体能效。

图6示出了炉灶组件600，包括由例如不锈钢制成的壳体601。电路板602和电源603在壳体601内。螺旋形电感应导线401被放置为使得第一平行载流导线阵列410位于烹饪煎板605的下方。磁屏蔽片450在螺旋形电感应导线401内位于第一平行载流导线阵列410的下方。在操作时，钢板605的功率等级以及温度将被示出在屏幕606上，并且可以通过转动转盘607来控制。第一平行载流导线阵列410的均匀布线形式确保了煎板605的温度是均匀的。壳体601以及煎板605的尺寸可以被制成为第一平行载流导线阵列410的长度、宽度尺寸的数倍。在这种情况下，每个具有自己的平行载流导线阵列的多个模块元件被用于以均匀的温度加热大面积煎锅，能够独立控制每个模块元件的电流，以解决当食物放在煎锅的某个部分时的情况。

除了进行烹饪，感应加热的另一个应用可以是对喷涂后的金属片加热，以有助于喷涂设置。与使用加热灯加热涂料提供的效果相比，利用感应而在金属片内感应涡电流可以带来更好的涂饰质量。另外，通过感应而为金属片提供热量有助于加强涂料和金属之间的结合。

在用炒锅(圆底锅)烹饪中，重要的是炒锅的中心是热的。这与由传统的感应炉导致的圆环图案相反。这使得对在用炒锅烹饪时使用感应加热的厨师来说是具有挑战的。一些厨师通过将油从中心区域舀向环形区域以更快地加热油，以此来适应感应炒锅烹饪。

如上所述的，使用如上所述的由螺旋形感应线圈导线形成的第一平行载流导线阵列可以提供加热的中心区域是烹饪的热区域的感应加热，正如同传统的气体燃烧器炒锅灶范围所提供的。

例如，图7示出了电感应导线701，其形成圆形设计的图案，以提供用于加热的第一平行载流导线阵列710。可选地，六边形图案或者另外的几何形状的图案可以被用于炉灶组件。

第一平行载流导线阵列710提供均匀加热模式，该均匀加热模式在燃烧器的中心区域提供热量。当炊具702被靠近第一平行载流导线阵列710放置时，炊具702的底部加热是均匀的。

图8示出了电感应导线801如何形成用于对炒锅进行加热的最优的圆形设计的图案。第一平行载流导线阵列810形成凹入的上表面，其中第一平行载流导线阵列810的中心部分凹陷，以使得第一平行载流导线阵列810的形状符合炒锅802的底部曲率。这消除了使用传统感应元件导致的冷点。为了进一步优化用于用炒锅烹饪的第一平行载流导线阵列810，第一平行载流导线阵列810的平行线图案可以被成形为沙漏的图案，其中中间区域的导线的导线间距更为紧密。更紧密的导线间距增强了中间区域的磁场强度，进而加强在炒锅的中心的加热。这种加热集中在炒锅的中心效仿传统的气体烹饪炒锅范围的热中心区域。

尽管在上述的例子中，电感应导线排布为使得所形成的第一平行载流导线阵列排布为单层。但是，可以使用多层电流线圈来提高感应磁场的强度，并因此提高用于加热所输送的功率。

前面的讨论仅公开并描述了示例性的方法和实施例。正如那些熟悉本领域的人员将会理解的那样，所公开的主题在不脱离其精神或特征的情况下可以其他具体形式来体现。因此，本公开旨在说明而不是限制在下面的权利要求书中所阐明的范围。

Claims (20)

1.一种炉灶组件，包括：

炉灶加热元件，包括：

螺旋形感应线圈，所述螺旋形感应线圈包括：

第一平行载流导线阵列，所述第一平行载流导线阵列以相同方向取向并且充分紧密地间隔，使得所述导线有效地形成电流片，和

第二回流载流导线阵列，以及

磁屏蔽片，放置在所述第一平行载流导线阵列和所述第二回流载流导线阵列之间，所述磁屏蔽片使所述第一平行载流导线阵列和所述第二回流载流导线阵列磁性地屏蔽。

2.根据权利要求1所述的炉灶组件，其中所述第一平行载流导线阵列呈矩形。

3.根据权利要求1所述的炉灶组件，其中所述第一平行载流导线阵列呈大体圆形。

4.根据权利要求1所述的炉灶组件，其中所述第一平行载流导线阵列呈六边形。

5.根据权利要求1所述的炉灶组件，其中所述第一平行载流导线阵列形成凹入表面。

6.根据权利要求1所述的炉灶组件，其中所述第一平行载流导线阵列形成大体扁平表面。

7.根据权利要求1所述的炉灶组件，其中所述第一平行载流导线阵列包括彼此距离大体相等的导线。

8.根据权利要求1所述的炉灶组件，其中所述第一平行载流导线阵列包括彼此距离变化的导线。

9.根据权利要求1所述的炉灶组件，其中所述第一平行载流导线阵列包括多层导线。

10.一种炉灶加热元件，包括：

螺旋形感应线圈，所述螺旋形感应线圈包括：

第一平行载流导线阵列，所述第一平行载流导线阵列以相同方向取向并且充分紧密地间隔，使得所述导线有效地形成电流片，和

第二回流载流导线阵列，以及

磁屏蔽片，放置在所述第一平行载流导线阵列和所述第二回流载流导线阵列之间，所述磁屏蔽片使所述第一平行载流导线阵列和所述第二回流载流导线阵列磁性地屏蔽。

11.根据权利要求10所述的炉灶加热元件，其中所述第一平行载流导线阵列呈矩形、大体圆形或者六边形。

12.根据权利要求10所述的炉灶加热元件，其中所述第一平行载流导线阵列形成凹入表面。

13.根据权利要求10所述的炉灶加热元件，其中所述磁屏蔽片包括用于散热的散热器。

14.根据权利要求10所述的炉灶加热元件，其中所述第一平行载流导线阵列包括彼此距离变化的导线。

15.根据权利要求10所述的炉灶加热元件，其中所述第一平行载流导线阵列包括多层导线。

16.一种用于干燥金属片上的涂料的方法，所述方法包括：

使用感应加热元件磁感应通过金属片的涡电流，其中所述感应加热元件由螺旋形感应线圈形成，所述螺旋形感应线圈包括：

第一平行载流导线阵列，所述第一平行载流导线阵列以相同方向取向并且充分紧密地间隔，使得所述导线有效地形成电流片，和

第二回流载流导线阵列，以及

使用放置在所述第一平行载流导线阵列和所述第二回流载流导线阵列之间的磁屏蔽片，以使所述第一平行载流导线阵列和所述第二回流载流导线阵列磁性地屏蔽。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一平行载流导线阵列呈矩形、大体圆形或者六边形。

18.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一平行载流导线阵列形成凹入表面。

19.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一平行载流导线阵列形成大体扁平表面。

20.根据权利要求16所述的方法，其中所述磁屏蔽片包括用于散热的散热器。