CN111084542B - 过热蒸汽发生装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种过热蒸汽发生装置，其包括箱体、蒸汽加热装置、蒸汽发生装置、水泵和储水箱，所述储水箱通过水管依次连接水泵、蒸汽发生装置和蒸汽加热装置，所述蒸汽加热装置安装在箱体的侧壁上用于加热蒸汽到设定温度后向箱体内喷射过热蒸汽；本发明还公开了一种过热蒸汽发生装置的控制方法。本发明的过热蒸汽发生装置内设有蒸汽发生装置和蒸汽加热装置，通过蒸汽加热装置可以将蒸汽加热成高温蒸汽，实现快速烹饪食物，同时使高温蒸汽遇到食物后不会冷却成冷凝水停留在食物表面，从而提高食物口感、色泽以及用户体验；另外通过高温蒸汽的气流冲击，避免了水的沉降结垢，具备防垢和除垢功能。
Description
技术领域
本发明属于厨房电器技术领域，具体涉及一种过热蒸汽发生装置及其控制方法。
背景技术
如今，随着科技的进步和发展，人们在进行食物烹饪时有了更多的选择。有明火加热、电磁感应加热、微波加热、红外光波加热等多种方式，不同的加热方式带给食物的口感和营养价值也不尽相同。同时，也出现了不同模式的组合，如微蒸烤、微蒸、蒸烤一体等。由于蒸汽加热对食物的营养价值损失最低，因此在中式烹饪中占有很大的比重。
但是，蒸汽遇到食物后会冷却下来成为冷凝水，一部分会留在食物的表面，影响口感。另外，目前的蒸汽发生装置蒸汽发生量小，效率低、长期使用会出现水垢(水质要求高)等劣势，如果需要高温蒸汽，则需通过提高饱和蒸汽压力来实现，这些都限制了蒸汽烹饪的发展和用户体验。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种过热蒸汽发生装置，内设有蒸汽发生装置和蒸汽加热装置，通过蒸汽加热装置可以将蒸汽加热成高温蒸汽，实现快速烹饪食物，同时不会生成冷凝水；另外通过高温蒸汽的气流冲击避免水的沉降结垢。
本发明的另一目的是提供一种过热蒸汽发生装置的控制方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种过热蒸汽发生装置，其包括箱体、蒸汽加热装置、蒸汽发生装置、水泵和储水箱，所述储水箱通过水管依次连接水泵、蒸汽发生装置和蒸汽加热装置，所述蒸汽加热装置安装在箱体的侧壁上用于加热蒸汽到设定温度后向箱体内喷射过热蒸汽。
优选地，所述蒸汽加热装置包括加热组件和盘管，所述加热组件外侧盘绕盘管用于对盘管内的蒸汽进行加热。
优选地，所述加热组件为发热丝、电磁感应线或者加热膜中的任意一种。
优选地，所述蒸汽加热装置包括蒸汽通道和加热管，所述加热管缠绕在蒸汽通道外侧用于加热蒸汽通道内的蒸汽。
优选地，所述蒸汽加热装置还包括多个金属网，多个所述金属网平行设置在蒸汽通道内的横截面上用于逐级加热。
优选地，多个所述金属网的目数依次增大或减小以便逐级加热后的过热蒸汽输出。
优选地，所述蒸汽加热装置和蒸汽发生装置均采用相同的控制电路；所述控制电路包括芯片U1和固态继电器IC，输入端HEAT_PWM串联电阻R1后连接芯片U1的引脚1，所述芯片U1的引脚4接地，所述芯片U1的引脚5串联电阻R2后连接固态继电器IC的的第一引脚，所述芯片U1的引脚8连接固态继电器IC的第二引脚，所述固态继电器IC的第三引脚和第四引脚并联压敏电阻ZNR后连接加热器HEATER。
一种所述的过热蒸汽发生装置的控制方法，包括如下步骤：
S1、实时测量进水温度T0，将蒸汽温度T1设为100℃，设定过热蒸汽温度T2；
S2、根据质量守恒定律需满足进水速度L1不小于进气速度L2；
S3、计算得出蒸汽发生装置的加热效率β1和蒸汽加热装置的加热效率β2之间的对应关系，并通过调节控制电路中PWM的占空比实现。
优选地，在所述S2中，进水速度L1的计算公式为
其中，P1为蒸汽发生装置的最大加热功率，β1为蒸汽发生装置的加热效率，C1为水的比热容。
优选地，在所述S2中，进气速度L2的计算公式为
其中，P2为蒸汽加热装置的最大加热功率，β2为蒸汽加热装置的加热效率，C2为蒸汽的比热容。
与现有技术相比，本发明的过热蒸汽发生装置内设有蒸汽发生装置和蒸汽加热装置，通过蒸汽加热装置可以将蒸汽加热成高温蒸汽，实现快速烹饪食物，同时使高温蒸汽遇到食物后不会冷却成冷凝水停留在食物表面，从而提高食物口感、色泽以及用户体验；另外通过高温蒸汽的气流冲击，避免了水的沉降结垢，具备防垢和除垢功能。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的一种过热蒸汽发生装置的结构示意图；
图2是本发明实施例1提供的一种过热蒸汽发生装置的蒸汽加热装置的第一种结构的示意图；
图3是本发明实施例1提供的一种过热蒸汽发生装置的蒸汽加热装置的第二种结构的主视图；
图4是本发明实施例1提供的一种过热蒸汽发生装置的蒸汽加热装置的第二种结构的剖面图；
图5是本发明实施例1提供的一种过热蒸汽发生装置的电路图。
附图标记说明
1-箱体，2-蒸汽加热装置，21-加热组件，22-盘管，23-蒸汽通道，24-加热管，25-金属网，3-蒸汽发生装置，4-水泵，5-储水箱。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明实施例1提供一种过热蒸汽发生装置，如图1所示，其包括箱体1、蒸汽加热装置2、蒸汽发生装置3、水泵4和储水箱5，所述储水箱5通过水管依次连接水泵4、蒸汽发生装置3和蒸汽加热装置2，所述蒸汽加热装置2安装在箱体1的侧壁上用于加热蒸汽到设定温度后向箱体1内喷射过热蒸汽。
这样，采用上述结构，本发明的过热蒸汽发生装置内设有蒸汽发生装置3和蒸汽加热装置2，通过水泵4将储水箱5内的液态水泵入蒸汽发生装置3内，通过蒸汽发生装置3将液态水加热成蒸汽，通过蒸汽加热装置2将蒸汽加热成高温蒸汽并喷射到箱体1内，实现快速烹饪食物，同时使高温蒸汽遇到食物后不会冷却成冷凝水停留在食物表面，从而提高食物口感、色泽以及用户体验；另外通过高温蒸汽的气流冲击，避免了水的沉降结垢，具备防垢和除垢功能。
如图2所示，为蒸汽加热装置2的第一种结构：所述蒸汽加热装置2包括加热组件21和盘管22，所述加热组件21外侧盘绕盘管22用于对盘管22内的蒸汽进行加热。
这样，蒸汽从盘管22中流过时，被加热组件21加热成过热蒸汽(高温蒸汽)后喷出。
所述加热组件21为发热丝、电磁感应线或者加热膜中的任意一种。
这样，采用上述任意一种加热组件21均可为盘管22内的蒸汽加热。
如图3所示，为蒸汽加热装置2的第二种结构：所述蒸汽加热装置2包括蒸汽通道23和加热管24，所述加热管24缠绕在蒸汽通道23外侧用于加热蒸汽通道23内的蒸汽。
这样，蒸汽从蒸汽通道23中流过时，被外部缠绕的加热管24加热成过热蒸汽(高温蒸汽)后喷出。
如图4所示，所述蒸汽加热装置2还包括多个金属网25，多个所述金属网25平行设置在蒸汽通道23内的横截面上用于逐级加热。
这样，蒸汽从进气口开始，不仅被外部缠绕的加热管24加热，而且被蒸汽通道23内的多个金属网25逐层加热，更有利于形成过热蒸汽后从出气口喷出。
多个所述金属网25的目数依次增大或减小以便逐级加热后的过热蒸汽输出。
这样，从加热通道23的进气口到出气口，金属网25的目数逐级减小，即孔径变大，以便加热后的过热蒸汽从出气口喷出，防止爆炸。
如图5所示，所述蒸汽加热装置2和蒸汽发生装置3均采用相同的控制电路；所述控制电路包括芯片U1和固态继电器IC，输入端HEAT_PWM串联电阻R1后连接芯片U1的引脚1，所述芯片U1的引脚4接地，所述芯片U1的引脚5串联电阻R2后连接固态继电器IC的的第一引脚，所述芯片U1的引脚8连接固态继电器IC的第二引脚，所述固态继电器IC的第三引脚和第四引脚并联压敏电阻ZNR后连接加热器HEATER。
这样，端口HEAT_PWM接收由控制器发出的幅值5V的PWM信号，经过芯片ULN2001D转换成幅值12V的大电流信号，驱动固态继电器R39MF51S控制加热器工作。PWM即脉冲宽度调制信号，从而可以通过调节周期和占空比实现加热器的不同功率控制。
本发明的一种过热蒸汽发生装置，内设有蒸汽发生装置3和蒸汽加热装置2，通过水泵4将储水箱5内的液态水泵入蒸汽发生装置3内，通过蒸汽发生装置3将液态水加热成蒸汽，通过蒸汽加热装置2将蒸汽加热成高温蒸汽并喷射到箱体1内，其中蒸汽加热装置2有多种结构选择，从而实现快速烹饪食物，同时使高温蒸汽遇到食物后不会冷却成冷凝水停留在食物表面，从而提高食物口感、色泽以及用户体验；
另外本发明通过控制电路控制蒸汽加热装置2和蒸汽发生装置，从而使过热蒸汽能够达到预设温度，同时，通过在蒸汽通道23内设置多级金属网25还能够逐级加热蒸汽，并产生具有冲击力的高温蒸汽，避免了水的沉降结垢，具备防垢和除垢功能。
实施例2
本发明实施例2提供一种过热蒸汽发生装置的控制方法，包括如下步骤：
S1、实时测量进水温度T0，将蒸汽温度T1设为100℃，设定过热蒸汽温度T2；
S2、根据质量守恒定律需满足进水速度L1不小于进气速度L2；
S3、计算得出蒸汽发生装置的加热效率β1和蒸汽加热装置的加热效率β2之间的对应关系，并通过调节控制电路中PWM的占空比实现。
这样，通过预设过热蒸汽温度T2，测量进水温度T0，以及质量守恒定律满足进水速度L1不小于进气速度L2，既可计算出蒸汽发生装置的加热效率β1和蒸汽加热装置的加热效率β2之间的对应关系，从而通过调节控制电路中PWM的占空比实现，达到系统热效率最优的目的。
根据传热公式Q＝CmΔT得出单位时间的热传量为
则
传输速度为
因此，进水速度L1的计算公式为
其中，T1为初始水蒸气的温度，即100℃，T0为进水温度，P1为蒸汽发生装置3的最大加热功率，β1为蒸汽发生装置3的加热效率，C1为水的比热容。
进气速度L2的计算公式为
其中，T2为预设的过热蒸汽的温度，T1为水蒸气的温度，P2为蒸汽加热装置2的最大加热功率，β2为蒸汽加热装置2的加热效率，C2为蒸汽的比热容。
如顺利产生高温的过热蒸汽，根据质量守恒定律则需满足L1≥L2，即进水速度L1不小于进气速度L2，具体为进入蒸汽发生装置3的水的速度大于等于进入蒸汽加热装置2的水蒸气的速度。
由于蒸汽发生装置3和蒸汽加热装置2的加热功率分别可通过各自的PWM信号调节，即加热效率β1和β2是电控可调，结合整个装置的结构参数可以调出最佳的匹配关系以实现L1≥L2，达到系统热效率最优目的。
例如：如需实现蒸汽温度为150℃(即，T2＝150℃)，P1的最大功率为2000W，P2的最大功率为1000W，其中已知T0＝25℃，T1＝100℃，C1＝4.2×103J/(kg·℃)，C2＝2.1×103J/(kg·℃)，则通过以上逻辑运算关系，得到，β1≥1.5β2，即满足100％＞β1≥1.5β2＞0，β1和β2通过控制电路调节PWM信号的占空比实现。
本发明的一种过热蒸汽发生装置的控制方法，通过预设过热蒸汽温度，测量进水温度，然后将进水速度L1和进气速度L2结合质量守恒定律计算出蒸汽发生装置的加热效率β1和蒸汽加热装置的加热效率β2，再利用控制电路中PWM的占空比调节，从而达到该系统热效率最优的目的。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种过热蒸汽发生装置，其特征在于，其包括箱体(1)、蒸汽加热装置(2)、蒸汽发生装置(3)、水泵(4)和储水箱(5)，所述储水箱(5)通过水管依次连接水泵(4)、蒸汽发生装置(3)和蒸汽加热装置(2)，所述蒸汽加热装置(2)安装在箱体(1)的侧壁上用于加热蒸汽到设定温度后向箱体(1)内喷射过热蒸汽；
所述蒸汽加热装置(2)包括加热组件(21)和盘管(22)，所述加热组件(21)外侧盘绕盘管(22)用于对盘管(22)内的蒸汽进行加热，或者所述蒸汽加热装置(2)包括蒸汽通道(23)和加热管(24)，所述加热管(24)缠绕在蒸汽通道(23)外侧用于加热蒸汽通道(23)内的蒸汽；
所述蒸汽加热装置(2)还包括多个金属网(25)，多个所述金属网(25)平行设置在蒸汽通道(23)内的横截面上用于逐级加热；多个所述金属网(25)的目数依次增大或减小以便逐级加热后的过热蒸汽输出。
2.根据权利要求1所述的过热蒸汽发生装置，其特征在于，所述加热组件(21)为发热丝、电磁感应线或者加热膜中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的过热蒸汽发生装置，其特征在于，所述蒸汽加热装置(2)和蒸汽发生装置(3)均采用相同的控制电路；所述控制电路包括芯片U1和固态继电器IC，输入端HEAT_PWM串联电阻R1后连接芯片U1的引脚1，所述芯片U1的引脚4接地，所述芯片U1的引脚5串联电阻R2后连接固态继电器IC的的第一引脚，所述芯片U1的引脚8连接固态继电器IC的第二引脚，所述固态继电器IC的第三引脚和第四引脚并联压敏电阻ZNR后连接加热器HEATER。
4.一种权利要求1-3任一项所述的过热蒸汽发生装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、实时测量进水温度T0，将蒸汽温度T1设为100℃，设定过热蒸汽温度T2；
S2、根据质量守恒定律需满足进水速度L1不小于进气速度L2；
S3、计算得出蒸汽发生装置的加热效率β1和蒸汽加热装置的加热效率β2之间的对应关系，并通过调节控制电路中PWM的占空比实现。
5.根据权利要求4所述的过热蒸汽发生装置的控制方法，其特征在于，在所述S2中，进水速度L1的计算公式为
其中，P1为蒸汽发生装置(3)的最大加热功率，β1为蒸汽发生装置(3)的加热效率，C1为水的比热容。
6.根据权利要求5所述的过热蒸汽发生装置的控制方法，其特征在于，在所述S2中，进气速度L2的计算公式为
其中，P2为蒸汽加热装置(2)的最大加热功率，β2为蒸汽加热装置(2)的加热效率，C2为蒸汽的比热容。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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