CN109938621B - 一种射频烤箱的工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种射频烤箱及其工作方法。烤箱包括炉体、门体和射频模块。炉体包括腔体和壳体。腔体顶部下方安装有加热元件。腔体后壁外侧安装有热风模块。腔体底部下方安装有烤箱控制器。射频模块包括安装在腔体内的上导电电极以及分别安装在腔体底部下方的下导电电极、功率源、谐调电路、冷却风路和射频控制器。谐调电路包括谐调线圈和谐调器。上导电电极、下导电电极的连接端均通过谐调线圈与谐调器相连。谐调器与射频控制器交互连接。射频控制器与烤箱控制器交互连接。射频控制器的输出端分别与功率源的输入端、冷却风路的输入端相连。腔体顶部上方安装有高度调节机构。本发明能够解决现有技术中存在的不足，能够利用射频加热进行高效烘焙。

Description

一种射频烤箱的工作方法

技术领域

本发明涉及烤箱技术领域，具体涉及一种射频烤箱的工作方法。

背景技术

一般地，烤箱通过精准的温控加热或烘焙食物。烤箱烘焙食物需要同时达到食物外表着色和内部熟制的要求，烘焙时间长。尤其是烘焙冷冻食物，通常烘焙前需要提前进行解冻，不仅速度慢而且食物品质损失较大，不利于后续的食物烘焙。配置有微波系统的多功能烤箱可以利用微波能分别进行解冻和加速加热，但是2.45GHz微波对冰、水、盐水的穿透和吸收有明显差别，在上述过程中容易出现局部过热或不熟等不良现象。

和微波加热一样，射频加热也是介电加热的一种形式，其波长较长，在食物中穿透深度远大于微波，使其更有利于解冻及需要均匀加热且避免局部热点的应用。射频波是否可以用于烤箱缩短烘焙时间、提升烘焙效果值得探究。

射频波也有自身的局限性。射频解冻速度与射频电极之间垂直距离成反比。射频电极之间距离越远，解冻速度就会越慢。射频功率低，单纯靠射频波加热食物至熟所需要的能量多，时间长。现有的射频解冻加热设备不仅内腔可利用高度有限，一般在60-120mm内，远低于烤箱腔体高度，也不能充分满足实际家庭需求，且与同类型外形体积的微波炉、烤箱相比，功能单一只有解冻功能。射频波直接用于烤箱腔体以提升烘焙效果没有参考例，而且烤箱通用的结构特点和特殊的热工作环境对射频系统工作温度和工作方法也提出了相当大的挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种射频烤箱的工作方法，该射频烤箱的工作方法能够解决现有技术中存在的不足，能够利用射频加热进行高效烘焙。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种射频烤箱，包括炉体和与炉体相连的门体；所述炉体包括腔体和罩设在腔体外侧的壳体；所述腔体顶部下方安装有加热元件；所述腔体后壁外侧安装有热风模块；所述腔体底部下方安装有烤箱控制器。还包括射频模块；所述射频模块包括安装在腔体内的上导电电极以及分别安装在腔体底部下方的下导电电极、功率源、谐调电路、冷却风路和射频控制器；所述谐调电路包括安装在腔体后壁外侧的谐调线圈和谐调器；所述上导电电极、下导电电极的连接端均通过谐调线圈与谐调器相连；所述谐调器与射频控制器交互连接；所述射频控制器与烤箱控制器交互连接；所述射频控制器的输出端分别与功率源的输入端、冷却风路的输入端相连；所述腔体顶部上方安装有用于调节上导电电极的高度调节机构。

进一步的，所述腔体内壁上安装有温度传感器；所述谐调器下方设有双风扇散热器；所述双风扇散热器安装在腔体后壁外侧。

进一步的，所述高度调节机构包括电机、螺杆、自上向下平行设置的上加强板与下加强板、连接上加强板的左端部与下加强板的右端部的第一支撑臂以及连接上加强板的右端部与下加强板的左端部的第二支撑臂；所述螺杆的一端通过联轴器与电机的输出端相连，另一端与第一支撑臂的下端相连；所述上加强板上开设有与第二支撑臂滑动配合的第一滑动槽；所述下加强板上开设有与第一支撑臂滑动配合的第二滑动槽；所述第一支撑臂和第二支撑臂呈X型交叉设置，且二者铰接相连；所述上加强板的顶部上方安装有平台；所述上导电电极通过若干上支撑柱与平台相连。

进一步的，所述射频控制器底部安装有散热器；所述冷却风路包括依次相连的蜗壳风道和直风道；所述蜗壳风道内安装有风扇；所述直风道的出风口朝向射频控制器及散热器底部冷空气可聚集加速流经射频控制器及散热器，有效地降低射频控制器及散热器的表面温度。

进一步的，所述下导电电极通过若干下支撑柱安装在腔体底部；所述下支撑柱的材质为非导体，包括但不限于聚四氟乙烯或高温陶瓷。

进一步的，所述热风模块包括热风风扇和热风加热元件。

本发明还涉及一种上述射频烤箱的工作方法，该方法包括以下步骤：

(1)烤箱控制器实时采集温度传感器获取的烤箱腔体内的温度T和射频控制器的阻抗响应R，并采用以下公式求得烤箱的总热值TH：

TH＝f(T,R)＝C×T×[λ/(λ+h)]×R；

其中，烤箱的总热值TH为温度T和阻抗响应R的函数，C为总热值常数，T为烤箱腔体内的温度，λ为食物的导热系数，h为对流换热系数，h＝3～10W/(m²·K)，R为射频控制器的阻抗响应。

(2)若食材烘焙需要预热，则执行步骤(3)；若食材烘焙无需预热，则执行步骤(4)。

(3)启动程序后，加热元件、热风模块、散热器启动运行，预热腔体，烤箱控制器实时检测温度传感器获取的腔体温度T1，直到烤箱腔体内的温度达到设定温度T1’，程序暂停，开门放入食材，关门；接下来，执行步骤(4)。

(4)选择对应菜单，启动高效烘焙程序，烤箱控制器控制电机转动，使上导电电极升降到设定高度H。

(5)射频控制器运行，烤箱控制器检测射频控制器的初始阻抗响应R0，将R0与设定的初始阻抗响应阈值R0’比较；若则在运行至设定的初始状态检测时间点t0时，程序停止并提示；若R0∈R0’，则继续加热至设定检测时间点t1，烤箱控制器采集射频控制器在检测时间点t1时的阻抗响应R1，并计算检测时间点t1前这一段时间内的射频控制器的实时阻抗响应变化率ΔR1，与设定的第一阻抗响应变化率阈值ΔR1’比较，从而判断是否继续加热；若ΔR1≥ΔR1’，则停止加热；若ΔR1<ΔR1’，则继续加热。

进一步的，步骤(5)中所述的“继续加热”，其包括以下步骤：

(51)进入第二烘烤阶段，烤箱控制器根据温度传感器采集的腔体内的温度来控制加热元件和热风模块进行组合，并根据射频控制器的阻抗响应控制射频模块及烤箱的系统部件开始工作。

(52)到检测时间点t2，计算检测时间点t2前这一段时间内的烤箱腔体内的平均温度T2和射频控制器的阻抗响应变化率ΔR2，并采用公式TH2＝C×T2×[λ/(λ+h)]×R2计算出此时的烤箱总热值TH2。

其中，C为总热值常数，λ为食物的导热系数，h为对流换热系数，h＝3～10W/(m²·K)，R2为射频控制器在检测时间点t2时的阻抗响应。

(53)将ΔR2、TH2分别与设定的阻抗响应变化率ΔR2’和总热值TH2’比较，判断第二烘烤阶段结束后是否继续加热；若ΔR2>ΔR2’或TH2>TH2’，则停止加热；反之，则继续加热。

进一步的，步骤(4)中，所述的“设定高度H”的获取方法为：

当射频控制器运行时，烤箱控制器控制上导电电极升降至若干不同位置H1,H2,…Hn，分别检测射频控制器在各个位置处的初始阻抗响应R01，R02,R03,…,R0n，与程序预设的最佳初始阻抗响应R0”比较，选取与最佳初始阻抗响应差值最小的初始阻抗响应，获取该初始阻抗响应对应的上导电电极高度Hx，并将该Hx作为设定高度H；最佳初始阻抗响应R0”∈R0’。

进一步的，步骤(53)中所述的“继续加热”，其包括以下步骤：

烤箱控制器根据总热值TH2求得当前状态下上导电电极的最佳高度值Hy，并通过控制电机转动，带动上导电电极到达该最佳高度值Hy处，然后继续加热。优选的，采用以下公式求得最佳高度值Hy：Hy＝N×ΔR2×TH2-Hx，其中，N为与温度T2有关的温度常数。

由以上技术方案可知，本发明通过对烤箱的腔体和射频模块进行匹配结构设计，实现了射频烤箱系统的集成，可满足台式或嵌入式不同的使用环境。本发明所述的烤箱不仅能够快速均匀地解冻食物，避免发生局部过熟或不熟的现象，还能够由射频辅助加热达到高效率高质量的烘焙效果，并且此两种功能均可通过射频阻抗响应控制实现一键操作、自动烹饪，最大程度地方便用户使用。

附图说明

图1是本发明中射频烤箱的结构示意图；

图2是本发明中高度升降机构的结构示意图；

图3是本发明所述烤箱中气流流动方向示意图。

其中：

1、门体，2、炉体，3、腔体，5、温度传感器，6-1、下导电电极，6-2、上导电电极，7、谐调器，8、底板，9、平台，10、下加强板，11、第二支撑臂，12、螺杆，13、烤箱控制器，14、电机，15、联轴器，16、双风扇散热器，17、热风模块，18、功率源，19、射频控制器，20、散热器，21、直风道，22、蜗壳风道，23、上加强板，24、第一支撑臂。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示的一种射频烤箱，包括炉体2和通过铰链与炉体2相连的门体1。所述炉体2包括用于容纳食物的封闭的腔体3和罩设在腔体外侧的壳体。所述腔体顶部下方安装有加热元件。所述腔体后壁外侧安装有热风模块17。所述腔体底部下方安装有烤箱控制器13，烤箱控制器13卡合连接在支架上，然后再通过支架安装在腔体3的底板8上。该射频烤箱还包括射频模块，本发明中的射频模块用于为烤箱提供可靠高效的射频能源。所述射频模块包括安装在腔体3内的上导电电极6-2以及分别安装在腔体3底部下方的下导电电极6-1、功率源18、谐调电路、冷却风路和射频控制器19。所述谐调电路包括安装在腔体3后壁外侧的谐调线圈和谐调器7。所述上导电电极6-2和下导电电极6-1，用于向放置在腔体中的食物传输射频波。所述上导电电极6-2和下导电电极6-1的材质采用铜或铝，形状为板状或网状。所述上导电电极6-2和下导电电极6-1均包括电极辐射面和连接端。上导电电极6-2和下导电电极6-1的电极辐射面的中心线重合。所述上导电电极6-2、下导电电极6-1的连接端均通过谐调线圈与谐调器7相连。所述谐调器7与射频控制器19交互连接；所述射频控制器19与烤箱控制器13交互连接。所述射频控制器19的输出端分别与功率源18的输入端、冷却风路的输入端相连。所述腔体3顶部上方安装有用于调节上导电电极的高度调节机构。所述功率源18，用于为射频控制器提供稳定的大功率直流电源。射频控制器19与烤箱控制器13相连，射频控制器19接收烤箱控制器13的指令控制发射射频波，将信号由连接的同轴电缆传输到安装在腔体3后壁上的谐调器7，并经谐调线圈传输至上、下导电电极来进行射频波的发射。射频控制器19还能够接收并处理反射传输回来的射频波，调整电路控制谐调器7开关动作，补偿阻抗变化。射频控制器19内部设有温控器，用于异常温度报警。为有效降低射频控制器的工作温度，在射频控制器19的底部安装散热器20。

进一步的，所述腔体3内壁上安装有温度传感器5，温度传感器5用于检测烤箱腔体内部的温度。所述谐调器7下方设有双风扇散热器16；所述双风扇散热器16安装在腔体3后壁外侧，具体地说，所述双风扇散热器16安装在炉体2后盖的底部，该双风扇散热器16,一方面为谐调器7散热，另一方面可驱动炉体2后盖处的气流与外部空气散热，降低炉体2后盖温升。

进一步的，如图2所示，所述高度调节机构包括电机14、螺杆12、自上向下平行设置的上加强板23与下加强板10、连接上加强板23的左端部与下加强板10的右端部的第一支撑臂24以及连接上加强板23的右端部与下加强板10的左端部的第二支撑臂11；所述螺杆12的一端通过联轴器15与电机14的输出端相连，另一端与第一支撑臂24的下端相连；所述上加强板23上开设有与第二支撑臂11滑动配合的第一滑动槽；所述下加强板10上开设有与第一支撑臂24滑动配合的第二滑动槽；所述第一支撑臂24和第二支撑臂11呈X型交叉设置，且二者铰接相连，交叉角度可在0-180°范围内自由调节。所述上加强板23的顶部上方安装有平台9；所述上导电电极6-2通过若干上支撑柱与平台9相连。优选的，所述上导电电极6-2为网格状结构，位于加热元件下方，其网格交叉点与加热元件在投影面内不重合。所述上导电电极6-2上侧固定安装有若干上支撑柱，上支撑柱穿过加热元件从腔体3顶部的开孔伸出，与平台9固定连接在一起。电机14工作，通过螺杆12驱动对应的支撑臂沿滑动槽滑动特定距离，使得平台9垂直升降，进而带动上导电电极6-2在腔体3内实现垂直升降工作，使得上导电电极6-2与底板8或下导电电极6-1之间的垂直高度可调节。所述上导电电极6-2的连接端用万向柔性轴固接后通过腔体3后部开孔伸出腔外，然后再通过谐调线圈与谐调器7相连。上、下导电电极与谐调器7间构成发射电路。

进一步的，所述射频控制器19底部安装有散热器20；所述冷却风路包括卡合相连的蜗壳风道22和直风道21；所述蜗壳风道22内安装有风扇；所述直风道21的出风口朝向射频控制器19及散热器20。所述蜗壳风道22和直风道21均固定安装在底板8上，二者用于降低射频控制器19和散热器20的温度。蜗壳风道22内的风扇工作时，能够强力收集外部冷空气，将冷空气吹向射频控制器19和散热器20，降低射频控制器19和散热器20表面的温度。如图3所示，热气流延炉体2底部流动至腔体3背部，经炉体2后盖底部散热器20驱动，与后部热气流汇聚共同排出烤箱外。由上述多个散热器和风道构成的冷却风路有效地控制了腔体外热气流的流动方向，而不影响腔体内温度控制，可有效降低内部电器件的温升和壳体表面温升，保证烤箱正常工作。

进一步的，所述下导电电极6-1通过若干下支撑柱安装在腔体3底部的中间位置。下导电电极6-1的连接端通过开设在腔体3后壁上的通孔伸出腔体外侧后，通过谐调线圈与谐调器7相连。下导电电极6-1的上方设有胶粘固定在腔体3底部的底板8。底板8的材质为高硼玻璃或耐高温陶瓷。底板8，用于放置食物或烹饪附件。也就是说，腔体的底部设有开口，底板用于将腔体的底部开口封住。所述下支撑柱的材质为聚四氟乙烯或高温陶瓷。

进一步的，所述热风模块17包括热风风扇和热风加热元件。所述热风模块17，用于对腔体3内的温度进行调节。热风风扇驱动热空气进出腔体，为腔体内恒温控制提供稳定的热气流。

下面以烘烤冷冻蒸鸡为例，介绍下本发明所述的射频烤箱的工作方法：

S1、选择对应菜单，启动预热型高效烘焙程序。加热元件、热风模块、双风扇散热器启动运行，预热腔体，烤箱控制器实时检测腔体温度传感器的温度T1，直到稳定运行到第一设定温度点T1’(如200℃)，暂停，放入冷冻整鸡。

S2、射频控制器运行，烤箱控制器控制上导电电极升降至若干不同位置H1,H2,…Hn，分别检测不同位置时的射频控制器的初始阻抗响应R01，R02,R03,…,R0n,与程序预设的初始最佳阻抗响应R0”∈[0,40]比较，选择阻抗响应R0n等于或最接近R0”的高度位置为上导电电极的最佳初始高度Hx。继续加热至第一设定检测时间点t1＝40s。烤箱控制器采集射频控制器的第一设定检测时间点的阻抗响应R1，并计算第一检测时间点前这一段时间内的实时阻抗响应变化率ΔR1，并与第一阻抗响应变化率ΔR1’比较，从而判断是否继续加热。若ΔR1≥ΔR1’，则停止加热；若ΔR1<ΔR1’，则执行步骤S3。

S3、进入第二烘烤阶段，烤箱控制器根据腔体温度传感器采集到的腔体的温度控制各加热元件组合，根据射频控制器的阻抗响应控制射频器及烤箱的系统部件启动运行，工作到第二检测时间点t2，计算第二检测时间点前这一段时间内的腔体内的平均温度T2和阻抗响应变化率ΔR2，并采用公式TH2＝C×T2×[λ/(λ+h)]×R2计算总热值，将ΔR2、TH2分别与设定的阻抗响应变化率ΔR2’和总热值TH2’比较，判断烘烤第二阶段结束后是否继续加热。若ΔR2>ΔR2’或TH2>TH2’，则停止加热。反之，则烤箱控制器根据总热值TH2，采用公式Hy＝N×ΔR2×TH2-Hx，模拟计算出当前状态下，上导电电极的最佳高度值Hy，并通过控制电机转动带动上导电电极到达最佳高度值Hy处，然后继续加热。其中，N为与温度T2有关的温度常数。以此类推，完成烘烤得到效果良好的烤整鸡。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种射频烤箱的工作方法，所述射频烤箱包括炉体和与炉体相连的门体；所述炉体包括腔体和罩设在腔体外侧的壳体；所述腔体顶部下方安装有加热元件；所述腔体后壁外侧安装有热风模块；所述腔体底部下方安装有烤箱控制器；其特征在于：还包括射频模块；所述射频模块包括安装在腔体内的上导电电极以及分别安装在腔体底部下方的下导电电极、功率源、谐调电路、冷却风路和射频控制器；所述谐调电路包括安装在腔体后壁外侧的谐调线圈和谐调器；所述上导电电极、下导电电极的连接端均通过谐调线圈与谐调器相连；所述谐调器与射频控制器交互连接；所述射频控制器与烤箱控制器交互连接；所述射频控制器的输出端分别与功率源的输入端、冷却风路的输入端相连；所述腔体顶部上方安装有用于调节上导电电极的高度调节机构；

该方法包括以下步骤：

(1)烤箱控制器实时采集温度传感器获取的烤箱腔体内的温度T和射频控制器的阻抗响应R，并采用以下公式求得烤箱的总热值TH：

TH＝f(T,R)＝C×T×[λ/(λ+h)]×R；

其中，烤箱的总热值TH为温度T和阻抗响应R的函数，C为总热值常数，T为烤箱腔体内的温度，λ为食物的导热系数，h为对流换热系数，h＝3～10W/(m²·K)，R为射频控制器的阻抗响应；

(2)若食材烘焙需要预热，则执行步骤(3)；若食材烘焙无需预热，则执行步骤(4)；

(3)启动程序后，加热元件、热风模块、散热器启动运行，预热腔体，烤箱控制器实时检测温度传感器获取的腔体温度T1，直到烤箱腔体内的温度达到设定温度T1’，程序暂停，开门放入食材，关门；接下来，执行步骤(4)；

(4)选择对应菜单，启动高效烘焙程序，烤箱控制器控制电机转动，使上导电电极升降到设定高度H；

(5)射频控制器运行，烤箱控制器检测射频控制器的初始阻抗响应R0，将R0与设定的初始阻抗响应阈值R0’比较；若则在运行至设定的初始状态检测时间点t0时，程序停止并提示；若R0∈R0’，则继续加热至设定检测时间点t1，烤箱控制器采集射频控制器在检测时间点t1时的阻抗响应R1，并计算检测时间点t1前这一段时间内的射频控制器的实时阻抗响应变化率ΔR1，与设定的第一阻抗响应变化率阈值ΔR1’比较，从而判断是否继续加热；若ΔR1≥ΔR1’，则停止加热；若ΔR1<ΔR1’，则继续加热。

2.根据权利要求1所述的一种射频烤箱的工作方法，其特征在于：所述腔体内壁上安装有温度传感器；所述谐调器下方设有双风扇散热器；所述双风扇散热器安装在腔体后壁外侧。

3.根据权利要求1所述的一种射频烤箱的工作方法，其特征在于：所述高度调节机构包括电机、螺杆、自上向下平行设置的上加强板与下加强板、连接上加强板的左端部与下加强板的右端部的第一支撑臂以及连接上加强板的右端部与下加强板的左端部的第二支撑臂；所述螺杆的一端通过联轴器与电机的输出端相连，另一端与第一支撑臂的下端相连；所述上加强板上开设有与第二支撑臂滑动配合的第一滑动槽；所述下加强板上开设有与第一支撑臂滑动配合的第二滑动槽；所述第一支撑臂和第二支撑臂呈X型交叉设置，且二者铰接相连；所述上加强板的顶部上方安装有平台；所述上导电电极通过若干上支撑柱与平台相连。

4.根据权利要求1所述的一种射频烤箱的工作方法，其特征在于：所述射频控制器底部安装有散热器；所述冷却风路包括依次相连的蜗壳风道和直风道；所述蜗壳风道内安装有风扇；所述直风道的出风口朝向射频控制器及散热器。

5.根据权利要求1所述的一种射频烤箱的工作方法，其特征在于：所述下导电电极通过若干下支撑柱安装在腔体底部；所述下支撑柱的材质为聚四氟乙烯或高温陶瓷。

6.根据权利要求1所述的一种射频烤箱的工作方法，其特征在于：所述热风模块包括热风风扇和热风加热元件。

7.根据权利要求1所述的一种射频烤箱的工作方法，其特征在于：步骤(5)中所述的“继续加热”，其包括以下步骤：

(51)进入第二烘烤阶段，烤箱控制器根据温度传感器采集的腔体内的温度来控制加热元件和热风模块进行组合，并根据射频控制器的阻抗响应控制射频模块及烤箱的系统部件开始工作；

(52)到检测时间点t2，计算检测时间点t2前这一段时间内的烤箱腔体内的平均温度T2和射频控制器的阻抗响应变化率ΔR2，并采用公式TH2＝C×T2×[λ/(λ+h)]×R2计算出此时的烤箱总热值TH2；

其中，C为总热值常数，λ为食物的导热系数，h为对流换热系数，h＝3～10W/(m²·K)，R2为射频控制器在检测时间点t2时的阻抗响应；

(53)将ΔR2、TH2分别与设定的阻抗响应变化率ΔR2’和总热值TH2’比较，判断第二烘烤阶段结束后是否继续加热；若ΔR2>ΔR2’或TH2>TH2’，则停止加热；反之，则继续加热。

8.根据权利要求7所述的一种射频烤箱的工作方法，其特征在于：步骤(4)中，所述的“设定高度H”的获取方法为：

当射频控制器运行时，烤箱控制器控制上导电电极升降至若干不同位置H1,H2,…Hn，分别检测射频控制器在各个位置处的初始阻抗响应R01，R02,R03,…,R0n，与程序预设的最佳初始阻抗响应R0”比较，选取与最佳初始阻抗响应差值最小的初始阻抗响应，获取该初始阻抗响应对应的上导电电极高度Hx，并将该Hx作为设定高度H；最佳初始阻抗响应R0”∈R0’。

9.根据权利要求7所述的一种射频烤箱的工作方法，其特征在于：步骤(53)中所述的“继续加热”，其包括以下步骤：

烤箱控制器根据总热值TH2求得当前状态下上导电电极的最佳高度值Hy，并通过控制电机转动，带动上导电电极到达该最佳高度值Hy处，然后继续加热；

采用以下公式求得最佳高度值Hy：Hy＝N×ΔR2×TH2-Hx，其中，N为与温度T2有关的温度常数。