DE69519872T2

DE69519872T2 - Verfahren zum einschätzen der temperatur im innern von einem zu kochenden produkt und thermisches kochgerät dafür

Info

Publication number: DE69519872T2
Application number: DE69519872T
Authority: DE
Inventors: Teruhiko Tomohiro
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1994-09-27
Filing date: 1995-09-26
Publication date: 2001-08-09
Anticipated expiration: 2015-09-27
Also published as: US5893051A; WO1996010152A1; CN1159221A; CN1122149C; EP0794387B1; EP0794387A1; EP0794387A4; DE69519872D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einschätzen der Temperatur oder von Temperaturveränderungen im Inneren eines zu kochenden Materials, d. h. eines Materials, welches der Strahlungsheizung, der Konvektionsheizung, der Hochfrequenzheizung oder dergleichen unterworfen wird, insbesondere im Inneren eines Materials, welches in einem Mikrowellenofen, einem Ofen etc. gekocht wird. Die Erfindung betrifft auch eine Kochgerät zur Durchführung dieses Verfahrens.
Ein herkömmliches Hochfrequenzkochgerät gemäß der genannten Art, nämlich ein Mikrowellenofen, hat die in Fig. 22 gezeigte Konstruktion. Ein Hauptkörper 1 des Kochgeräts weist an seiner Vorderseite eine Tür 2 auf. Das zu kochende Material kann durch Öffnen und Schließen der Tür 2 in eine Kammer 3 des Hauptkörpers eingebracht und daraus entfernt werden. Im Inneren des Hauptkörpers 1 ist eine Hochfrequenzerzeugungseinrichtung 4 eingebaut und an der oberen Seite oder Deckenseite der Kammer 3 eine Einlaßöffnung 5 gebildet, um hochfrequente Strahlung in die Kammer einzustrahlen. Die Einstrahlöffnung 5 oder mehrere davon sind bei einigen Geräten nicht an der Oberseite, sondern an der Rückseite oder einer Seitenfläche der Kammer ausgebildet. Ein Feuchtigkeitssensor 6 detektiert die nach dem Kochen entstehende Feuchtigkeit, die dazu verwendet wird, den Fortschritt des Kochprozesses zu beurteilen. Ein Gewichtssensor 7 detektiert das Gewicht des zu kochenden Materials und wird zur Einstellung der Kochzeit verwendet. Diese Sensoren werden nicht immer zusammen eingesetzt, können jedoch getrennt oder in Kombination mit anderen Sensoren Verwendung finden.
Beim Kochen mit einem so gebauten Hochfrequenzkochgerät gibt es eine Reihe von Kochverfahren; zum Beispiel wird bei einem Verfahren das Material nur eine vorbestimmte Zeit lang erwärmt, bei einem anderen Verfahren erfolgt die Steuerung/Regelung des Kochens auf der Grundlage der Feuchtigkeits- und Gewichtswerte, die von dem genannten Sensoren detektiert werden, d. h. das Kochen wird automatisch durchgeführt; bei einem anderen Verfahren kommt ein Kochprogramm zur Anwendung, insbesondere können die Heizleistung und die Einstrahlzeit genau vorprogrammiert werden, so daß das Kochen zu jedem Zeitpunkt automatisch gesteuert bzw. geregelt wird, so wie es das Programm vorsieht. Wenn beispielsweise gefrorenes Fleisch aufgetaut und gekocht werden soll, sollte das Fleisch zunächst schnell erwärmt werden, dann mäßig und am Ende besonders behutsam, damit es nicht überhitzt wird. Wenn die Intensität und Zeit der Heizung bei jedem Schritt oder Zustand der Erwärmung vorprogrammiert werden, wird das Fleisch beim programmierten Kochen richtig gekocht. Die Auswahl der beschriebenen Kochvorschriften erfolgt nach Maßgabe des zu kochenden Materials oder der für das Material gegebenen Vorschriften, was unter bestimmten Bedingungen zu ausreichend befriedigenden Ergebnissen führt. Optimale Kochbedingungen für unterschiedliche Materialien und Kochverfahren wurden durch das Experiment bestimmt und in Gestalt von Kochbüchern und dergleichen angeboten.
Trotzdem kann beim Hochfrequenzkochen keine genaue und feinfühlige Steuerung bzw. Regelung der Temperaturen erfolgen, weil jedes Material eine andere Wärmemenge erzeugt und durch seine Gestalt beim Hochfrequenzkochen in großem Umfang beeinflußt wird. Auch kann nicht jedes Material einheitlich erwärmt werden. Aufgrund der genannten Eigenschaften beim Hochfrequenzheizen kann eine zufriedenstellende Steuerung bzw. Regelung der Temperatur nicht erreicht werden, wenn der Fortschritt des Kochprozesses mit den genannten Sensoren indirekt detektiert wird, nicht durch direkte Detektion der Temperatur des Materials. Wenn dagegen die Temperatur des Materials auf direkte Weise detektiert werden soll, ist ein Sensor erforderlich, der keine Metallteile aufweist, die durch den Einfluß der Hochfrequenzstrahlung selbst Wärme erzeugen, oder ein. Sensor, der so gebaut ist, daß er gegen die Einflüsse der elektromagnetischen Wellen beständig ist, obwohl es praktisch keinen Sensor gibt, der diesen Anforderungen gerecht wird, und praktisch eingesetzt wurde. Anders gesagt, es wurde bis heute keine feinfühlige Steuerung bzw. Regelung der Temperatur auf der Grundlage der Temperaturveränderungen des Materials durchgeführt, die beim Hochfrequenzkochen detektiert werden. Ebenso wenig wurde eine Steuerung bzw. Regelung verwirklicht, die das uneinheitliche Erwärmen verbessert, und zwar aus dem Grund, daß die Temperatur des Materials beim Kochen nicht erfaßt bzw. detektiert werden kann. Kochvorgänge, die eine empfindliche Steuerung bzw. Regelung der Temperatur erfordern, zum Beispiel Vakuumkochen bei niederen Temperaturen oder dergleichen wurde deshalb mit einem Hochfrequenzkochgerät noch nicht durchgeführt.
Mit der beschriebenen herkömmlichen Konstruktion wurde das Kochen - für Gerichte, deren optimale Kochbedingungen schon bekannt waren - für eine festgelegte Zeit unter vorher festgesetzten Bedingungen durchgeführt. Dabei entsprachen die Kochbedingungen einzelnen Kochgeräten und hatten keine Beziehung zu den Temperaturveränderungen des Materials. Obwohl es bekannt war, daß Fleisch so schnell wie möglich erwärmt und dabei 70ºC nicht übersteigen werden sollte und Gemüse auf Temperaturen von 90ºC oder höher erwärmt werden sollte, war das Festlegen der Bedingungen für diese Art von Erwärmen bei jedem herkömmlichen Gerät unterschiedlich. Deshalb wurden die Kochbedingungen festgelegt, ohne die Temperaturveränderungen des Materials in Betracht zu ziehen, jedoch mit dem Ziel, den Betrieb des Kochgerätes zu steuern. Beim Stand der Technik - es sei denn, die optimalen Kochbedingungen sind für jedes einzelne Kochgerät bekannt - ist es schwierig, den Kochvorgang so durchzuführen, wie es erforderlich ist.
Die vorstehenden Ausführungen gelten auch für automatisches Kochen mit einem Programm. Es müssen vorher speziell für jedes Kochgerät und passend zu dem jeweiligen Gericht die optimalen Kochbedingungen ermittelt werden, damit ein optimales Programm für das Gericht festgelegt werden kann.
Beim Kochen mit unterschiedlichen Sensoren stehen die detektierte physikalische Größe und die Temperatur des Materials nicht miteinander in Beziehung, was dazu führt, daß das Kochgerät auf der Grundlage der Umgebungstemperatur oder der Feuchtigkeit während des Kochens gesteuert wird. Obwohl in sehr wenigen Fällen die Temperatur des Materials direkt detektiert wird, ist es in der Praxis schwierig, die Temperatur eines wirklich gewünschten Materialbereiches zu detektieren.
Deshalb erfolgt die Steuerung bzw. Regelung des Gerätes nicht unter Verwendung der Temperatur oder der Temperaturveränderung des Materials als Steuerparameter.
Wie erläutert wurde, konnte die Temperaturveränderung des Materials nicht vor dem Kochen vorhergesagt werden oder die Temperatur des Materials mit herkömmlicher Heiz/Koch-Technik konnte nicht auf Echtzeitbasis in der Mitte des Kochvorganges detektiert werden. Wenn die optimalen Kochbedingungen nicht bekannt waren, war deshalb ein gutes Kochergebnis schwierig zu erreichen. Eine feinfühlige Steuerung bzw. Regelung der Temperatur auf der Grundlage der Temperatur des Materials war ebenfalls schwierig zu erreichen.
Aus der Druckschrift JP 4-333 111 ist ein Wärmebehandlungsverfahren für verpackte, ifeste Nahrungsmittel bekannt, bei dem die Wärmeübertragungseigenschaften spezifiziert werden, indem man den Aspekt der Temperaturveränderungen zu Beginn des Erwärmungsprozesses beobachtet, und es wird dann eine Wärmebehandlung durchgeführt durch Bestimmen eines Zielortes durch Abschätzen der zeitlichen Temperaturveränderungen am Zielort und Vorhersage des Zeitpunkts des Kühlbeginns, bevor die Erwärmung beendet ist. Es wird ein Temperatursensor eingesetzt, um speziell für das Nahrungsmittel die Wärmeübertragungseigenschaften zu charakterisieren, indem der Aspekt der Temperaturveränderungen bei Beginn des Erwärmungsprozesses berücksichtigt wird.
Aus der Druckschrift JP 6-241 463 ist eine Kocheinrichtung bekannt, die eine Einrichtung zur Abschätzung der Innentemperatur aufweist, mit der die Innentemperatur von Lebensmitteln auf der Basis von dessen Oberflächentemperatur abgeschätzt wird, wobei ein neuronales Netzwerk Einsatz findet. Die Innentemperatur des Lebensmittels wird zuerst auf der Basis der detektierten Oberflächentemperatur abgeschätzt und der Kochvorgang dann gesteuert bzw. geregelt, wobei die abgeschälzte Innentemperatur des Lebensmittels verwendet wird. Dementsprechend muß während des Kochprozesses die Temperatur gemessen werden.
Die vorliegende Erfindung dient der Lösung der beschriebenen Schwierigkeiten, die dem Stand der Technik innewohnen, und stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zum Einschätzen einer Temperatur zur Verfügung zu stellen, bei dem eine Temperaturveränderung eines Materials (das zu kochende Gut) in der Mitte des Kochvorgangs nach Maßgabe der Menge, der Art und der Erwärmungsbedingungen des Material eingeschätzt wird, und auch ein Kochgerät zur Verfügung zu stellen, mit dem das Kochen eines Materials immer mit den geforderten Heizbedingungen durchgeführt werden kann, und zwar unabhängig von der Menge und der Art des Materials oder der Erfahrung des Gerätebenutzers etc., wobei die Temperatur oder die Temperaturveränderungen des Materials während des Kochvorganges in Betracht gezogen werden.
Zur Lösung der obigen Aufgabe umfaßt ein Verfahren zum Einschätzen einer Temperatur im Inneren eines zu kochenden Materials folgendes:
(a) Speichern von Daten über Werte physikalischer Eigenschaften des Materials und Speichern von Wärmeleitungsbetriebsabläufen;
(b) Empfangen von Daten des zu kochenden Materials und Heizdaten;
(c) Berechnen einer Heizabgabe an einen einer Vielzahl von Teilen des Materials basierend auf einem Abstand zwischen dem einen der Vielzahl von Teilen des Materials und einem vorbestimmten Bezugspunkt;
(d) Ermitteln eines Temperaturanstiegswerts pro Zeiteinheit des einen der Vielzahl von Teilen anhand der bei dem Datenempfang empfangenen Daten des zu kochenden Materials und der bei der Berechnung berechneten Heizabgabe;
(e) Wiederholen von (c) und (d) für jeden der Vielzahl von Teilen des Materials, um eine Verteilung von Temperaturanstiegswerten einer Gesamtheit des Materials zu erhalten; und
(f) Durchführen eines Wärmeleitungsvorgangs unter Verwendung der bei der Wiederholung erhaltenen Verteilung der Temperaturanstiegswerte, in Übereinstimmung mit den bei der Speicherung gespeicherten Wärmeleitungsbetriebsabläufen.
Weiterhin ist ein erfindungsgemäßtes Kochgerät mit einer Heizeinrichtung zum Erwärmen eines zu kochenden Materials aufweisend eine Steuereinrichtung zum Steuern der Heizeinrichtung und eine Temperaturschätzeinrichtung zum Einschätzen der Temperatur des Materials, dadurch gekennzeichnet, daß eine externe Eingabevorrichtung vorgesehen ist zum Empfangen einer Vielzahl von Einstellternperaturen bzw. gesetzten Temperaturen, die Heizzeiten für zumindest einen Teil des zu kochenden Materials entsprechen; und die Temperaturschätzeinrichtung zum Einschätzen einer Temperatur eines Teils des Materials nach der Steuerung der Heizeinrichtung betreibbar ist, und die Steuereinrichtung zum Steuern dler Heizeinrichtung zum annähernden Angleichen der Temperatur des Materials mit der Vielzahl von durch die externe Eingabevorrichtung empfangenen Einstellternperaturen betreibbar ist.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Das Temperaturschätzverfahren zum Einschätzen der Temperatur im Inneren des Materials und das Kochgerät gemäß der Erfindung arbeiten wir folgt.
Beim Temperaturschätzverfahren wird dann, wenn die einzelnen Bezugspunkte auf der Oberfläche des Materials festgelegt werden und die Heizleistung nach Maßgabe der Entfernung von jedem Bezugspunkt berechnet wird, der Temperaturanstieg nach Maßgabe der Entfernung von der Oberfläche des Materials ermittelt. Dementsprechend wird die Wärmeverteilung durch den Temperaturanstieg ausgedrückt, bei dem die Wärme, während sie geschwächt wird, hauptsächlich von der Oberfläche des Materials in das Innere des Materials geleitet wird und dadurch die Temperatur der Oberfläche hoch und die Innentemperatur niedrig macht. Wie die Wärme in das Innere des Materials übertragen wird, wird durch eine Wärmeleiteinrichtung nach Maßgabe der Temperaturerhöhung pro Zeiteinheit analysiert, wodurch die Temperatur innerhalb des Materials abgeschätzt wird.
Weil der Temperaturanstieg ermittelt wird, wobei die Entfernung zwischen einem Teil des zu detektierenden Materials und dem Mittelpunkt des Materials in Betracht gezogen werden, so daß die Temperatur des weiter vom Mittelpunkt entfernt liegenden Teils des Materials höher ansteigt, repräsentiert der Temperaturanstieg durch die Wärmeverteilung innerhalb des Materials, die durch die Gestalt des Materials entsteht. Die Temperatur innerhalb des Materials wird abgeschätzt auf der Basis des Temperaturanstiegs pro Zeiteinheit, indem analysiert wird, wie die Wärme in das Innere des Materials übertragen wird, wobei eine Wärmeleiteinrichtung Einsatz findet.
Weil im erfindungsgemäßen Kochgerät die Temperaturschätzeinrichtung eingebaut ist, wird die Temperaturveränderung des Materials vor dem Kochen auf der Grundlage der mit dem Material in Beziehung stehenden Daten abgeschätzt, die durch die externe Eingabevorrichtung eingegeben werden und dem vorläufigen Datensatz der mit dem Heizvorgang in Beziehung steht. Dementsprechend ermöglicht es das Kochgerät, die Temperaturveränderungen zu steuern bzw. zu regeln und stimmt damit mindestens mit der Einstelltemperatur bzw. gesetzten Temperatur eines Teils des zu kochenden Materials überein, die durch die externe Eingabevorrichtung eingegeben wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau eines Systems zeigt, mit dem ein erstes erfindungsgemäßes Temperaturschätzverfahren durchgeführt wird;
Fig. 2 ist ein Flußdiagramm für eine Arbeitsweise, bei der beim ersten Temperaturschätzverfahren auf der Oberfläche eines zu kochenden Materials Bezugspunkte gesetzt werden;
Fig. 3 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Abschwächung einer Hochfrequenzstrahlung bei deren Eindringen;
Fig. 4 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Eindringens von Hochfrequenzstrahlung;
Fig. 5 ist ein Flußdiagramme einer Arbeitsweise, bei der beim ersten Temperaturschätzverfahren etwa beim Mittelpunkt des Materials ein Bezugspunkt gesetzt wird;
Fig. 6 ist ein Flußdiagramm einer Arbeitsweise, bei der beim ersten Temperaturschätzverfahren Bezugspunkte sowohl an der Oberfläche als auch im Mittelpunkt des Materials gesetzt werden;
Fig. 7 ist ein Flußdiagramm einer Arbeitsweise gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Temperaturschätzverfahren;
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm des Aufbaus eines Systems mit Durchführung eines dritten erfindungsgemäßen Temperaturschätzverfahrens;
Fig. 9 ist ein Flußdiagramm einer Arbeitsweise beim dritten erfindungsgemäßen Temperaturschätzverfahren;
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch den Aufbau eines ersten erfindungsgemäßten Kochgeräts zeigt;
Fig. 11 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch den Aufbau eines zweiten erfindungsgemäßen Kochgeräts zeigt;
Fig. 12 ist ist ein Diagramm, welches schematisch den Aufbau einer Ausführungsform des zweiten Kochgeräts zeigt;
Fig. 13 ist ist ein Diagramm, welches schematisch den Aufbau einer anderen Ausführungsform des zweiten Kochgeräts zeigt;
Fig. 14 ist ist ein Diagramm, welches schematisch den Aufbau einer weiteren Ausführungsform des zweiten Kochgeräts zeigt;
Fig. 15 ist ist ein Diagramm, welches schematisch den Aufbau noch einer weiteren Ausführungsform des zweiten Kochgeräts zeigt;
Fig. 16 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch den Aufbau eines dritten erfindungsgemäßen Kochgeräts zeigt;
Fig. 17 ist ein Diagramm, welches schematisch den Aufbau einer Ausführungsform des dritten erfindungsgemäßen Kochgeräts zeigt;
Fig. 18 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch den Aufbau des erfindungsgemäßen Kochgeräts zeigt, welches mit einer Anzeigeeinrichtung ausgerüstet ist;
Fig. 19 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch den Aufbau eines vierten erfindungsgemäßen Kochgeräts zeigt;
Fig. 20 ist ein Diagramm, welches schematisch den Aufbau einer Ausführungsform des vierten erfindungsgemäßen Kochgeräts zeigt;
Fig. 21 ist eine perspektivische Ansicht und zeigt den nadelförmigen Sensor, der im vierten Kochgerät erfindungsgemäß verwendet wird; und
Fig. 22 ist eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Hochfrequenzkochgerätes.

Beste Ausführungsformen zur Durchführung der Erfindung

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm für das Aussehen der Hardware zur Durchführung eines Temperaturschätzverfahrens gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung. Eine Eingabevorrichtung 8 wie zum Beispiel ein Tastenfeld, ein Tastschalter, Berühungsschalter oder dergleichen werden dazu verwendet, die Daten des zu kochenden Materials und die Heizdaten einzugeben. Eine Speichereinrichtung 9, insbesondere eine magnetische Aufzeichnungsvorrichtung, optische Platte oder dergleichen speichert die Daten der physikalischen Eigenschaften, der Betriebsverfahren etc. für eine Vielzahl von zu kochenden Materialien, die für Berechnungszwecke erforderlich sind. Eine Betriebseinrichtung 10 führt die Datenverarbeitung zur Abschätzung der Temperatur eines zu kochenden Materials auf der Grundlage von Eingangsdaten und der in der Speichereinrichtung 9 gespeicherten Daten durch und hat dabei mindestens drei Funktionen, d. h. eine Funktion zur Berechnung einer Heizleistung gemäß einem auf dem Material gesetzten Bezugspunkt, einer Funktion zur Berechnung eines Temperaturanstiegs unter Einsatz der berechneten Heizleistung und eine Funktion zur Durchführung einer Wärmeleitung unter Verwendung des berechneten Temperaturanstiegs. Die Arbeitsschritte der Betriebseinrichtung werden später im Detail erörtert. Obwohl in der Figur nicht gezeigt, werden die Betriebsergebnisse durch die Betriebseinrichtung an unterschiedliche Arten von Anzeigen oder Drucker oder über Signalleitungen ausgeben, wenn die abgeschätzte Temperatur zur Steuerung bzw. Regelung eines Kochgeräts eingesetzt wird.
Fig. 2 ist ein Flußdiagramm der Verfahrensschritte einer Berechnungseinrichtung zum Berechnen der Heizleistung nach Maßgabe der Entfernung der Bezugspunkete von der Oberfläche des Materials, wenn nach Maßgabe des Temperaturschätzverfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung mehrere Bezugspunkte auf der Oberfläche des Materials gesetzt werden.
Zuerst werden die Daten des zu kochenden Materials durch die Eingabevorrichtung 8 eingegeben (Schritt 11). Diese Daten umfassen insbesondere den Namen, das Gewicht, die Gestalt, die Temperatur etc. des Materials, die eingegeben werden durch Auswahl unter vorher gesetzten Menüs oder durch direkte Eingabe über das Tastenfeld oder ähnliche Weise. Dann werden die Heizdaten eingegeben (Schritt 12). Die Heizdaten sind die Heizleistung und die Einstrahlzeit. Wenn sich die Heizleistung ständig ändert, sind die Bedingungen dieser Änderungen in den Heizdaten enthalten. Die Heizdaten werden durch die Eingabeeinrichtung 8 auf ähnliche Weise wie die Daten des zu kochenden Materials eingegeben. Wenn die Eingabeeinrichtung zusammen mit einem Kochgerät verwendet wird, können die Heizdaten automatisch mit Hilfe von Steuerparametern des Kochgeräts eingegeben werden.
Die Temperaturabschätzung erfolgt mit dem folgenden Verfahren. Die Gesamtheit des gekochten Materials wird zunächst in einige Teile unterteilt, wobei einem der Teile Aufmerksamkeit geschenkt wird (Schritt 13). Dabei sollte das zu kochende Material relativ genau unterteilt werden, so daß die abgetrennten Teile für die Analyse der Wärmeleitung verwendet werden. Gemäß dem vorliegenden Schätzverfahren erfolgt das Setzen der Bezugspunkte auf der Oberfläche des Materials und bei einer Entfernung zur Oberfläche vom Zielteil des Materials in eins aus sechs, d. h. es wird berechnet in den Richtungen vorne und hinten, rechts und links und hinauf und hinunter (Schritt 14). Nach Maßgabe der berechneten Distanz wird die Temperaturanstiegskomponente Δt des Teils berechnet. Fig. 3 zeigt schematisch eine Hochfrequenzstrahlung E, die nach Maßgabe der Entfernung von der Oberfläche abgeschwächt wird. Dagegen zeigt Fig. 4 die Tatsache, daß ein näher an der Ecke des Materials liegender Teil mehr erwärmt wird, wenn die hochfrequenten Strahlung aus mehreren Richtungen eindringt.
In Fig. 3 variiert die optimale Korrelation zwischen dem Materialteil, welches von der Oberfläche durch eine Entfernung x abgetrennt ist, und der Temperaturanstiegskomponente Δt von Faktoren ab wie der Art und Gestalt des Materials, den Eigenschaften der Kochvorrichtung etc. Beispielsweise wird die auf den Zielteil einwirkende Heizleistung Ei bei dem vorliegenden Schätzverfahren durch nachfolgende Gleichung berechnet (Schritt 15):
Ei = V*exp [-αx]
wobei E eine zur Heizleistung proportionale Konstante ist, die das Volumen der Heizleistung bedeutet, wobei deshalb E dann zu 0 wird, wenn die Heizleistung 0 ist, wogegen a ein positiver Wert für die Abschwächungsrate der Hochfrequenzstrahlung im Inneren des Materials ist und nach Maßgabe der Halbwertstiefe der Hochfrequenzstrahlung gesetzt werden kann, die für jedes zu kochende Material ermittelt wird. Die obige Gleichung gibt wieder, daß die Hochfrequenzstrahlung weniger üntensiv wird, wenn sie in das Material eindringen, d. h. weniger intensiv heizt. Das tatsächliche Heizverhalten eines Hochfrequenzkochgerätes wird durch diese Gleichung zum Ausdruck gebracht. Die Temperaturanstiegskomponente Δt wird wie folgt durch die Heizleistung Ei dargestellt (Schritt 16):
Δt = Kf*Ei = Kf*E*exp[-αx]
wobei Kf eine für das Material spezifische physikalische Kenngröße ist, die aus den Daten des Materials ermittelt wird.
Nachdem auf die beschriebene Weise die Temperaturanstiegskomponenten Δt1 bis Δt6 in sechs Richtungen wurden (Schritt 17), werden diese Komponenten addiert (Schritt 18), wodurch der Temperaturanstieg des Zielteils durch die Hochfrequenzstrahlung pro Zeiteinheit ermittelt wird. Das obige Verfahren wird schnell für alle abgetrennten Materialteile durchgeführt, wodurch die Verteilung des Temperaturanstiegs pro Zeiteinheit durch die Hochfrequenzstrahlung für das gesamte Material erhalten wird (Schritt 19).
Dann wird ein Berechnungszeitintervall ΔT gesetzt (Schritt 20). Zwar kann das Berechnungszeitintervall ΔT wahlweise in einem kleineren Bereich gesetzt werden als die Bestrahlungszeit der Hochfrequenzschwingungen, die sich aus den Heizbedingunger ergeben, das Intervall sollte jedoch genau gesetzt werden, um die Wärmeleitung exakt durchzuführen. Der jeweilige Wert des Zeitintervalls ist unterschiedlich in Abhängigkeit vom zu kochenden Material und den Heizbedingungen. Eine Sekunde oder kürzer ist allgemein bevorzugt. Weil die Verteilung des Temperaturanstigs pro Zeiteinheit für das gesamte Material beim vorstehenden Verfahren ernnittelt wird, erhält man den Temperaturanstieg für das Zeitintervall durch Multiplikation des Temperaturanstiegs pro Zeiteinheit mit ΔT (Schritt 21).
Außerdem werden der Temperaturanstieg für das Zeitintervall und die vorliegende Temperatur addiert. Auf diese Weise erhält man die Temperaturverteilung des gesamten Materials. Die Wärmebewegung für das Zeitintervall ΔT wird analysiert nach Maßgabe der Wärmeleitung, wobei die obige Temperaturverteilung als Initialisierungsbedingung verwendet wird (Schritt 22). Für die Wärmeleitung wird eine Vielzahl von Berechnungsverfahren vorgeschlagen, wobei die vorliegende Erfindung auf keine der Berechnungsverfahren beschränkt ist. Die Temperatur des wahlweisen Zielteils ΔT später kann so in obiger Weise abgeschätzt werden (Schritt 23).
Wenn die Temperatur ein weiteres Mal abzuschätzen ist, wird danach die obige Verfahrenssequenz N-mal wiederholt, so daß die Temperatur N*ΔT später abgeschätzt werden kann (Schritt 24). Wenn die Heizbedingungen der Heizdaten eine Zeit aufweisen, bei der keine Hochfrequenzstrahlung emittiert bzw. ausgestrahlt wird, wird beim obigen Verfahren in dieser Zeit nur die Wärmeleitung durchgeführt. In einem Zustand, bei dem keine Hochfrequenzstrahlung emittiert wird, wird allgemein davon ausgegangen, daß die Wärmeleitung vom Äußeren des auf hohe Temperaturen erwärmten Materials zum Inneren des Materials mit niedrigen Temperaturen verläuft.
Weil der Temperaturanstieg des Materials durch die Hochfrequenzstrahlung fortlaufend detektiert wird, kann erfindungsgemäß der Kochvorgang gesteuert bzw. geregelt werden, wobei die Materialtemperatur als Parameter verwendet wird, anders gesagt, der Kochvorgang wird bezüglich der Temperatur genauer gesteuert bzw. geregelt als durch einfache Mittel wie Zeit, Dampf etc. Wenn beispielsweise das Innere eines Materials auf eine Temperatur von 50ºC gebracht werden soll, erlaubt es das vorliegende Schätzverfahren zu detektieren, wieviel Leistung für diesen Zweck erforderlich ist und wieviele Stunden die Leistung erzeugt werden muß, oder welche Temperatur andere Teile als der Mittelpunkt des auf 50ºC erwärmten Materials zeigen. Dementsprechend wird der Kochvorgang in Übereinstimmung mit dem Temperaturzustand im Inneren des Materials steuer- bzw. regelbar. Wenn die Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche des Materials und dem zentralen Teil des Materials so zu beschränken ist, daß sie einen bestimmten Wert nicht übersteigt, wird erfindungsgemäß die Heizleistung außerdem herabgesetzt oder intermittierend angesteuert, um so die Zentrale Temperatur anzuheben, ohne die Oberflächentemperatur herabzusetzen, oder eine ähnliche Steuerung kann durchgeführt werden.
Fig. 5 ist ein Flußdiagramm der Verfahrensschritte beim ersten Temperaturschätzverfahren, wenn ein Bezugspunkt etwa im Mittelpunkt bzw. Zentrum des Materials gesetzt wird, um die Heizleistung zu berechnen. Ähnlich wie beim vorhergehenden Verfahren werden durch die Eingabevorrichtung 8 zuerst die Daten des zu kochenden Materials (Schritt 11) und dann die Heizdaten eingegeben (Schritt 12). Die Inhalte der Eingangsdaten und die Dateneingabe sind so wie beim vorhergehenden Beispiel.
Die Temperaturabschätzung erfolgt durch die folgenden Verfahrensschritte. Das gesamte zu kochende Material wird in einige Teile unterteilt, von denen einem Aufmerksamkeit geschenkt wird (Schritt 13). Weil die abgetrennten Teile für die Analyse der Wärmeleitung eingesetzt werden, muß das Material bis zu einem gewissen Grad genau unterteilt werden. Die Entfernung zwischen dem erwähnten Teil und dem Mittelpunkt bzw. Zentrum des Materials wird detektiert (Schritt 25) und auf dessen Grundlage die auf den erwähnten Teil einwirkende Heizleistung Ei berechnet (Schritt 15). Außerdem wird der Temperaturanstieg ΔT pro Zeiteinheit berechnet (Schritt 26). Die optimale Beziehung zwischen der Entfernung I vom Mittelpunkt des Materials und dem Temperaturanstieg Δt ist unterschiedlich in Abhängigkeit von Faktoren wie Art und Gestalt des Materials und den Eigenschaften des Kochgeräts etc.. Beispielsweise kann jedoch der folgende Ausdruck angegeben werden, um den Temperaturanstieg Δt pro Zeiteinheit zu ermitteln:
Δt = Kf*Ei = KF*E*(a*l+b)
wobei E eine Konstante proportional zur Heizleistung ist (ähnlich dem letzten Beispiel) und a und b Konstanten darstellen, die für jedes zu kochende Material gesetzt werden. Beim obigen Ausdruck ist der Inhalt der Klammer ein linearer Ausdruck, der zur Entfernung I vom Mittelpunkt in Beziehung steht. Obwohl die optimalen Ausdrücke für jedes Material und für jedes Kochgerät unterschiedlich sind, hat ein weiterer Teil vom Mittelpunkt des Materials eine höhere Temperatur. Der Ausdruck gibt also das tatsächliche Erwärmungsgeschehen wieder, nach dem die Oberfläche des Materials bei höherer Temperatur ist als das Innere und ein Eckbereicih der Oberfläche des Materials bei höherer Temperatur ist als der zentrale Teil der Oberfläche des Materials. Der Temperaturanstieg pro Zeiteinheit des erwähnten Teils durch die Hochfrequenzstrahlung wird mit dem obigen Ausdruck erhalten. Die Verfahrenssequenz wird für alle abgetrennten Teile des Materials durchgeführt, wodurch die Verteilung des Temperaturanstiegs des gesamten Materials pro Zeiteinheit durch die Hochfrequenzstrahlung erhalten wird (Schritt 27).
Dann wird das Berechnungszeitintervall ΔT gesetzt (Schritt 20). Das Berechnungszeitintervall ΔT kann bei einem wahlweisen Wert in einem kleineren Bereich als die Bestrahlungszeit der Hochfrequenzzeit gesetzt werden, die sich aus den Heizbedingungen ergeben. Jedoch sollte das Zeitintervall genau gesetzt werden, um die Wärmeleitung exakt durchzuführen. Obwohl der jeweilige Wert des Berechnungszeitintervalls für jedes zu kochende Material und in Abhängigkeit von den Heizbedingungen unterschiedlich ist, wird ein Wert von nicht länger als einer Sekunde allgemein bevorzugt. Weil die Temperaturanstiegsverteilung pro Zeiteinheit für das gesamte Material wie oben erhalten wird, kann der Temperaturanstieg für das Zeitintervall durch Multiplikation des Temperaturintervalls pro Zeiteinheit mit ΔT (Schritt 21).
Die Temperaturverteilung des gesamten Materials wird erhalten durch Addieren des berechneten Temperaturanstiegs und der vorliegenden Temperatur, die als Initialisierungsbedingung für die Analyse der Wärmebewegung für ΔT nach Maßgabe der Wärmeleitung verwendet wird (Schritt 22). Wie bereits erwähnt wurde, werden zwar viele Berechnungsverfahren für die Wärmeleitung vorgeschlagen, wobei die vorliegende Erfindung auf kein spezielles Berechnungsverfahren beschränkt ist. Die Temperatur des wahlweisen Teils des Materials ΔT später wird so mit dem erfindungsgemäßen Schätzverfahren abgeschätzt (Schritt 23).
Wenn die Temperatur danach abzuschätzen ist, wird die obige Sequenz N-mal wiederholt, so daß die Temperatur N*ΔT später abgeschätzt werden kann (Schritt 24). Wenn die Heizbedingungen der Heizdaten eine Zeit aufweisen, bei der keine Hochfrequenzstrahlung emittiert bzw. eingestrahlt wird, wird bei den obigen Verfahren während dieser Zeit nur die Wärmeleitung durchgeführt. In einem Zustand, bei dem keine Hochfrequenzstrahlung emittiert wird, wird allgemein davon ausgegegangen, daß die Wärmeleitung von einem auf höhere Temperaturen erwärmten Teil des Materials zu einem Teil des Materials verläuft, welches sich bei niedereren Temperaturen befindet.
Der Kochvorgang wird auf gleiche Weise wie beim obigen Beispiel unter Verwendung der Temperatur des Materials als Parameter gesteuert bzw. geregelt, weil der Temperaturanstieg des Materials durch Hochfrequenzstrahlung zu jedem Zeitpunkt detektiert wird. Die Kochtemperatur kann genauer gesteuert bzw. geregelt werden als durch Zeit oder Dampf etc. Wenn beispielsweise ein Teil in der Nähe des Mittelpunkts des Materials auf 50ºC erwärmt werden soll, kann detektiert werden, wieviel Leistung erforderlich ist und wieviele Stunden lang die Leistung eingestrahlt werden soll, um 50ºC zu erreichen, bei welcher Temperatur sich andere Teile als der zentrale Teil zu dieser Zeit befinden etc. Deshalb kann der Kochvorgang in Übereinstimmung mit dem Temperaturzustand im Inneren des Materials gesteuert bzw. geregelt werden. Wenn die Temperaturdifferenz zwischen einem Hochtemperaturteil und einem Niedertemperaturteil des Materials unterdrückt werden soll, damit sie nicht kleiner ist als ein bestimmter Wert, ermöglicht es die Erfindung, die Heizleistung herabzusetzen oder intermittierend anzusteuern, um so die Temperatur des Niedertemperaturteils anzuheben, ohne die Temperatur des Hochtemperaturteils zu sehr zu erhöhen.
Fig. 6 ist ein Flußdiagramm des ersten Temperaturschätzverfahrens, bei dem an der Oberfläche und dem Mittelpunkt des zu kochenden Materials Bezugspunkte gesetzt werden. Im einzelnen werden nach der Ermittlung der Temperaturanstiegskomponenten Δt1 bis Δt6 in allen Richtungen (Schritt 17) gemäß dem Flußdiagramm von Fig. 2 ein Korrekturwert für die Heizleistung nach Maßgabe der Entfernung vom Mittelpunkt (Schritt 28) berechnet und die Temperaturanstiegskomponente mit dem berechneten Korrekturwert korrigiert (Schritt 29). Dann werden die in Fig. 2 gezeigten Schritte 18 bis 24 durchgeführt. Weil beim Berechnen der Temperaturdifferenz durch die Hochfrequenzstrahlung sowohl das Phänomen berücksichtigt wird, daß sich Hochfrequenzstrahlung beim Eindringen von der Oberfläche des Materials abschwächt, wie auch das Phänomen, daß ein vom Mittelpunkt des Materials weiter weg liegender Endteile leichter zu erwärmen ist, kan die Temperatur für wesentlich mehr Arten des zu kochenden Materials genauer abgeschätzt werden.
Fig. 7 ist ein Flußdiagramm der Verfahrensschritte eines Temperaturschätzverfahrens gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung. Bei diesem Temperaturschätzverfahren werden die Temperaturen an zwei vorgewählten Punkten innerhalb eines zu kochenden Materials abgeschätzt. Das Temperaturschätzverfahren verwendet einen Verfahrenskoeffizienten 31, der vorher für jedes Material gesetzt wird, um die Temperaturveränderungsrate für jeden der zwei Zielpunkte aus vier Werten zu berechnen, d. h. die abgeschätzten Temperaturen der zwei Punkte, das Gewicht des Materials und die Heizleistung. Die Berechnung der Temperaturveränderungsrate erfolgt bei einem Verfahrensschritt 32 unter Verwendung das Verfahrenskoeffizienten 31, der in Abhängigkeit von den Schritten beim Verfahrensschritt 32 eine andere Form hat. Im einzelnen wird die Temperaturveränderungsrate auf der Grundlage einer logischen Formel oder unter Einsatz der Neurotechnik etc. betrieben. Im allgemeinen ist es schwierig, den Betrieb logisch zu formulieren und infolgedessen wird die Temperaturveränderungsrate betrieben, indem man den Verfahrenskoeffizienten nach einem Lernprozeß unter Verwendung der Neurotechnik setzt. Die Neurotechnologie ist eine Technologie zum Simulieren eines neuronalen Gehirnnetzwerkes, um so die Beziehung von Eingangswerten und Ausgangswerten zu formulieren. Nach der Neurotechnik kann ein Verfahrenskoeffizient 31 erhalten werden, der die Beziehung des eingangs und des Ausgangswertes so fehlerfrei wie möglich erfüllt, wenn viele Sätze von Eingangs- und Ausgangswerten vorhanden sind.
Bei der Ausführungsform des Temperaturschätzverfahrens sollen der mittlere bzw. zentrale Teil des Materials, der die kleinste Temperatur hat, und der Eckteil des Materials, der die höchste Temperatur hat, abgeschätzt werden, und es werden Temperaturveränderungsrate jedes Teils mehrere Male durch Veränderung des Materialgiewichts und der Heizleistung erhalten. Wenn der Verfahrenskoeffizient 31 einmal mit der Neurotechnik auf der Grundlage der erwähnten Daten für mehrere Temperaturveränderungsraten gesetzt ist, können unbekannte Temperaturveränderungsraten für Gewichte und Heizleistungen in einfacher Weise berechnet werden. Obwohl die Daten als Basis zur Berechnung des Verfahrenskoeffizenten 31 aus vorhandenen Experimenten erhalten werden können, können die Daten auch durch Berechnungen auf der Grundlage der bereits beschriebenen Temperaturschätzverfahren erhalten werden. Hier ist darauf hinzuweisen, daß die Daten zwar zufriedenstellend sind, wenn sie aus wirklich gemessenen experimentellen Werten erhalten werden, das Durchführen der Experimente jedoch aufwendig und in einigen Fällen unmöglich sein kann und außerdem der Verfahrenskoeffizient 31 mit der Neurotechnik schwierig zu erhalten sein kann, weil es Fehlereinflüsse oder Unregelmäßigkeiten gibt, die in die experimentellen Ergebnisse eingehen.
Wenn andererseits die Daten durch Berechnung erhalten werden, erhält man sie nicht nur auf einfache Weise für ein breites Spektrum von Bedingungen, jedoch auch frei von Unregelmäßigkeiten. Der Verfahrenskoeffizient 31 wird deshalb bequemerweise erhalten, solange ein gutes Berechnungsmodell entwickelt wurden.
Die Temperaturschätzverfahren mit Verwendung des obigen Verfahrenskoeffizienten werden nachfolgend dargestellt. Zuerst werden die Daten des zu kochenden Materials mit der Eingabevorrichtung 8 auf gleiche Weise wie bei den vorangegangenen Beispielen eingegeben (Schritt 11). Dann werden die Heizdaten eingegeben (Schritt 12). Der Dateninhalt und die Dateneingabe sind so wie beim ersten Temperaturschätzverfahren. Der zu verwendende Temperaturkoeffizent 31 wird ermittelt, wenn der Name des zu kochenden Materials in den Eingabedaten detektiert wird. Weiterhin werden in den Daten des Materials die Anfangstemperatur und das Gewicht des zu kochenden Materials detektiert und aus den Heizdaten die Heizleistung ermittelt. Beim Verfahrensschritt 32 (Schritt 30) werden schließlich die Temperaturveränderungsrate des Eckteils und des mittleren Teils des Materials in einfacher Weise erhalten. Wenn zu dieser Zeit (Schritt 20) das Berechnungszeitintervall ΔT ermittelt wird, kann die Temperatur ΔT später bei diesen zwei Teilen umgehend ermittelt werden (Schritt 33).
Durch Wiederholung des Verfahrens zum Ermitteln der Temperaturveränderungsrate unter Verwendung der vorstehend ermittelten Temperaturen der zwei Teile (Schritt 30) kann die Temperatur zu wahlweisen Zeitpunkten erhalten werden (Schritt 24).
Obwohl das Temperaturschätzverfahren der Ausführungsform nur die Temperaturen der zwei Teile innerhalb des Materials detektieren kann, wird die Berechnungszeit beträchtlich herabgesetzt aufgrund des Einsatzes des Verfahrenskoeffizienten 31. Während die Berechnung des Verfahrenskoeffizienten 31 mehr oder weniger Zeit beansprucht, wird die Temperaturabschätzung von einem PC in der Tat in einigen Sekunden bis einigen zehn Sekunden durchgeführt. Das Temperaturschätzverfahren kann somit in Kochgeräte übernommen werden. Obwohl das Temperaturschätzverfahren erfindungsgemäß nur für zwei Punkte oder Teile des Materials durchgeführt wird, weil das Material in dem Kochgerät wie zum Beispiel einem Ofen oder dergleichen im mittleren Teil die niedrigste Temperatur und an der Oberfläche die höchste Temperatur aufweist, ist das Verfahren zur Steuerung von Temperaturen hinreichend geeignet. Dies bedeutet, daß es das Schätzverfahren ermöglicht, das Gerät AN/AUS zu schalten, so daß der zentrale Teil des Materials eine vorbestimmte Temperatur erhält, wogegen die Oberflächentemperatur nicht so hoch gehalten wird, d. h. das Gesamtmaterial wird nahezu einheitlich erwärmt. Falls erforderlich, kann mit der Neurotechnik eine größere Anzahl von Punkten oder Teilen, zum Beispiel 3 oder 4 Teile vorgesehen und abgeschätzt werden.
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm des Hardwareaufbaus zur Durchführung eines Temperaturabschätzverfahrens gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung, bei dem zu Fig. 1 eine Temperaturerfassungseinrichtung 34 hinzugefügt wird. Fig. 9 ist ein Flußdiagramm der Verfahrensschritte des dritten Temperaturabschätzverfahrens. Gemäß dem vorliegenden Temperaturschätzverfahren wird die Temperatur eines vorgewählten Punktes im Material in Echtzeit abgeschätzt, während die Erwärmung des Materials erfolgt. Für jedes zu kochende Material wird ein Verfahrenskoeffizient 35 verwendet. Obwohl der Verfahrenskoeffizient 35 weitgehend gleich mit dem ist, der beim zweiten Temperaturschätzverfahren beschrieben wurde, wird die Temperaturveränderungsrate des einen Punktes aus vier Werten berechnet, d. h. die abgeschätzte Temperatur des einen Punktes, die Temperatur an einem Punkt der Materialoberfläche, das Gewicht des Materials und die Heizleistung. Die erwähnte Temperaturerfassungseinrichtung 34 wird zusätzlich verwendet, um die Oberflächentemperatur des Materials zu messen. Der Verfahrenskoeffizient 35 wird mit Hilfe der Neurotechnik auf gleiche Weise wie beschrieben erhalten.
Bei der Ausführungsform wird der zentrale Teil des Materials, der die niedrigste Temperatur des Materials hat, als der abzuschätzende Teil bezeichnet, und der Eckteil mit der höchsten Temperatur des Materials als Punkt auf der Materialoberfläche gesetzt. Der Verfahrenskoeffizient 35 wird auf gleiche Weise wie beim zweiten Temperaturschätzverfahren berechnet, bei dem der zentrale Teil und der Eckteil des Materials als die zwei abzuschätzenden Punkte bezeichnet wurden. Es versteht sich, daß die Daten für den Verfahrenskoeffizienten 35 entweder durch das Experiment oder durch Berechnung bestimmt werden können.
Die Temperaturabschätzung in Echtzeit gleichzeitig mit der Temperaturmessung wird auf folgende Weise durchgeführt. Wie bei den vorangegangenen Beispielen werden die Daten des zu kochenden Materials mit der Eingabevorrichtung 8 (Schritt 11) und die Heizdaten eingegeben (Schritt 12). Der Inhalt und die Art der Eingabe sind wie beim zweiten Verfahren. Der einzusetzende Verfahrenskoeffizient 35 wird ermittelt, wenn der Name des zu kochenden Materials in den Eingangsdaten des Materials gefunden wird. Aus den Daten des Materials werden auch die Anfangstemperatur und das Gewicht des Materials und aus den Heizdaten die Heizleistung erhalten. Durch Detektieren der Oberflächentemperatur am Eckteil des Materials mit der Temperaturerfassungsvorrichtung 34 (Schritt 36) kann nach Maßgabe des Verfahrensschritt 32 (Schritt 30) die Temperaturveränderungsrate im mittleren Teil in einfacher Weise bestimmt werden. Wenn zu dieser Zeit ein Berechnungszeitintervall ΔT ermittelt wird (Schritt 20), erhält man die Temperatur ΔT später des mittleren Teils (Schritt 37).
Die Oberflächentemperatur am Eckteil ΔT später wird erneut bestimmt, nachdem zuerst darauf aufbauend die Oberflächentemperatur bestimmt wurde, und die früher bestimmte Temperatur des zentralen Teils, die Temperaturveränderungsrate des zentralen Teils und weiter die Temperatur ΔT später des zentralen Teils werden erhalten. Wie beschrieben wurde, ist der Heizvorgang bei Verwendung der zentralen Temperatur als Parameter leicht zu steuern, weil die zentrale Temperatur in Echtzeit mit dem Intervall ΔT abgeschätzt wird. Weil die Oberflächentemperatur des Eckteils bei der vorliegenden Ausführungsform direkt detektiert wird, kann die zentrale Temperatur genauer abgeschätzt werden als beim Beispiel des zweiten Abschätzverfahrens, bei dem sowohl die zentrale Temperatur als auch die Temperatur an der Ecke abgeschätzt werden. Die Oberflächentemperatur kann selbst unter hochfrequenter Strahlung kontaktlos gemessen werden, wenn ein Infrarotsensor eingesetzt wird, der wesentlich einfacher ist als eine direkte Messung der zentralen Temperatur.
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Kochgerätes. Als Heizeinrichtung 48 ist eine Vielzahl von Heizquellen verwendbar, beispielsweise ein elektrischer Heizer, ein Gasbrenner, ein Magnetron etc. Eine Steuereinrichtung 49 steuert das AN/AUS-Schalten und die Heizintensität der Heizeinrichtung 48. Eine externe Eingabevorrichtung 50 wird während der Heizung zur Eingabe der Art, des Volumens, der Gestalt etc. des zu kochenden Materials und der gesetzten Temperatur des Materials verwendet. Die gesetzte Temperatur bedeutet die Temperaturveränderung während des Heizens für jeden Teil des Materials, anders ausgedrückt die gesetzte Temperatur ist eine Bedingung zur Feststellung, ob die Temperatur schnell erhöht werden muß oder ob die Temperatur allmählich ansteigt. Die gesetzte Temperatur kann für einen bis mehrere Teile (zum Beispiel für einen mittleren -teil, einen Eckteil des Materials) gemäß dem Inhalt des Heizverfahrens gesetzt werden. Wenn mehrere gesetzte Temperaturen festgelegt werden, ist es jedoch schwierig, allen gesetzten Temperaturen zu genügen, weshalb eine der gesetzten Temperaturen die erste Priorität erhalten sollte. Weil die Oberflächentemperatur des Materials verglichen mit der zentralen Temperatur im allgemeinen schneller ansteigt, kann ein Überhitzen der Oberfläche vermieden werden, wenn die gesetzte Temperatur eines Teils näher an der Oberfläche die Priorität erhält. Eine Temperaturveränderungsschätzeinrichtung 51 nimmt die Abschätzung der Temperaturveränderung des Materials vor, während sie durch die externe Eingabevorrichtung 50 eingegebene Materialdaten, die Kennwerte der Heizeinrichtung berücksichtigt. Im einzelnen speichert die Schätzeinrichtung 51 in einer Datenbank die Temperaturveränderungen einer Vielzahl von Materialien, die vorher experimentell durch Erwärmen der Materialien unter unterschiedlichen Bedingungen bestimmt wurden, alternativ erhält die Schätzeinrichtung 51 die Temperaturveränderung in jedem Augenblick durch die thermische Analyse auf der Grundlage der Erwärmungseigenschaften des Materials und der Heizbedingungen. Die Erwärmungseigenschaften eines jeden Materials sollten im letzteren Fall vorher als Datenbank gespeichert werden.
Beim Kochen mit dem obigen Heizgerät erfolgt der Kochvorgang automatisch in Übereinstimmung mit der eingegebenen Heizgeschwindigkeit und der eingegebenen gesetzten Temperatur, selbst dann, wenn in Bezug auf die Art und das Volumen eines zu kochenden Materials vorher keine Erfahrungen gesammelt wurden. Wenn beispielsweise 2 kg Roastbeeferstmalig zubereitet werden sollen, muß nur bekannt sein, daß es erforderlich ist, daß Roastbeef zuerst schnell zu erwärmen und dann eine Stunde lang bei 56ºC zu halten; ohne daß die Heizintensität oder die Heizzeit bekannt sind, wird der Kochvorgang richtig gesteuert, indem man die Temperaturveränderung als gesetzte Temperatur für einen Teil in der Nähe der Oberfläche des zu kochenden Materials festlegt. Anders ausgedrückt wird die Temperaturveränderung des Materials beim Kochen abgeschätzt, bevor der Kochvorgang beginnt, so daß die Heizbedingungen zufriedenstellend gesetzt werden, und die Temperatur des Materials mit der eingegebenen gesetzten Temperatur praktisch übereinstimmt, womit sich ein optimales Heizmuster ergibt. Selbst wenn das Material nie zuvor ausprobiert wurde, kann es deshalb ohne Fehler gekocht werden.
Fig. 11 ist ein Blockdiagramm des Aufbaus des Kochgerätes mit einer Temperaturerfassungseinrichtung. Teile oder Elemente mit gleicher Funktion wie in Fig. 10 sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf deren Beschreibung hier verzichtet wird. Eine Temperaturerfassungseinrichtung 52 detektiert die Temperatur während des Heizvorgangs. Eine zu detektierende Temperatur T1 ist beispielsweise die Temperatur eines Heizers als Heizeinrichtung, die Umgebungstemperatur in der Kammer, die Oberflächentemperatur des zu kochenden Materials, die Innentemperatur des zu kochenden Materials oder dergleichen. Eine mit der Temperaturerfassungseinrichtung 52 verknüpfte Temperaturschätzeinrichtung 53 ermittelt auf der Grundlage der von der Temperaturschätzeinrichtung 52 erhaltenen Temperaturdaten T1 eine Temperatur T2 eines Teils des Materials, die nicht direkt detektiert werden kann. Beispielsweise ermittelt die Temperaturschätzeinrichtung die Temperatur innerhalb des Materials auf der Grundlage der Temperatur des Heizers, die durch die Temperaturerfassungseinrichtung 52 detektiert wird.
Bei Einsatz des gezeigten Kochgerätes zum Kochen eines Materials (selbst wenn in Bezug auf die Art oder das Volumen des Materials keine vorherigen Erfahrungen zur Verfügung stehen) muß nur beim Start des Kochvorgangs eine allgemein empfohlene Temperaturveränderung oder Temperatur als gesetzte Temperatur gesetzt werden, worauf die Temperatur T1 (zum Beispiel die Temperatur des Heizers) durch die Temperaturerfassungseinrichtung 52 detektiert wird und die Temperatur T2 (zum Beispiel die Temperatur innerhalb des Materials) durch die Temperaturschätzeinrichtung 53 auf der Grundlage von Temperatur T1 ermittelt wird und dementsprechend die Steuereinrichtung 49 die Heizeinrichtung 48 steuert, so daß die Temperatur des Materials mit mindestens einer der eingegebenen, gesetzten Temperaturen weitgehend übereinstimmt. Selbst ein Material, über das keine Erfahrungen bestehen, kann so richtig gekocht werden.
Fig. 12 zeigt ein Beispiel des Kochgerätes, welches mit der Temperaturerfassungseinrichtung versehen ist. Ein Temperatursensor 54 detektiert die Umgebungstemperatur T3 im Inneren der Kammer. Die Temperatur der Luft im Inneren der Kammer erwärmt das Material durch Wärmeübertragung und Wärmeleitung. Die Innentemperatur T4 des Materials kann durch die Temperaturschätzeinrichtung 53 auf der Grundlage der vom Temperatursensor 54 erhaltenen Umgebungstemperatur T3 durch die Temperaturschätzeinrichtung 53 abgeschätzt werden. Die Steuereinrichtung 49 steuert die Heizeinrichtung 48, so daß die abgeschätzte Innentemperatur T4 mit mindestens einer der gesetzten Temperaturen weitgehend übereinstimmt, die durch die externe Eingabevorrichtung 50 eingegeben wurden. Selbst wenn das Material vorher noch nicht gekocht wurde, kann es deshalb fehlerfrei zubereitet werden, wenn ein allgemein empfohlener Wert für die Temperaturveränderung oder die Endtemperatur bekannt ist.
Wenn bei dem Kochgerät die gesetzte Temperatur für die Oberfläche des Materials durch die externe Eingabevorrichtung 50 eingegeben wird, kann auch die Oberflächenternperatur abgeschätzt werden. Jedoch kann die Steuerung des Kochvorgangs so erfolgen, daß die Heizleistung gesteuert und angenommen wird, daß die Temperatur T3 innerhalb der Kammer praktisch gleich mit der Oberflächentemperatur des Materials ist. Wenn die gesetzten Temperaturen jeweils für mehrere Teile des Materials gesetzt werden und nicht gleichzeitig erfüllt werden können, kann die Steuerung der Heizeinrichtung 48 erfolgen, wenn festgelegt wird, welches Teil mit Priorität erfüllt werden muß.
Fig. 13 ist ein schematisches Diagramm des Aufbaus des Gerätes mit einer modifizierten Erfassungseinrichtung zum berührungslosen Detektieren der Oberflächentemperatur des Materials. Eine berührungslose Temperaturerfassungseinrichtung 55 detektiert die Oberflächentemperatur T5 des gekochten Materials, und die Temperaturschätzeinrichtung 53 schätzt die Temperatur T4 innerhalb des Materials auf der Grundlage der detektierten Oberflächentemperatur T5. Weil die Oberflächentemperatur des Materials - nicht die Umgebungstemperatur in der Kammer - direkt detektiert wird, kann die Innentemperatur genau abgeschätzt werden. Weil außerdem anders als im Fall, bei dem die Temperatur von einer Erfassungseinrichtung mit Berührung detektiert wird, der Aufbau eine freie Bewegung des Materials gestattet, kann im Gerät ein Drehteller oder dergleichen eingesetzt werden. IDie Wirkung der optimalen Heizung durch Steuerung der Heizeinrichtung 48 auf der Grundlage der Oberflächentemperatur T5 und der abgeschätzten Temperatur T4 sind gleich wie beim vorhergehenden Beispiel.
Fig. 14 ist ein weiteres und anderes Beispiel für die berührungslose Temperaturerfassungseinrichtung, die einen Infrarot-Temperatursensor im Kochgerät einsetzt. Ein in einer Wand der Kammer der Kochvorrichtung eingebauter Temperatursensor 56 detektiert Infrarotstrahlen vom gekochten Material, welches im Gesichtsfeld angeordnet ist, um dadurch die Temperatur ohne Berührung des Materials zu detektieren. Wenn der Ort, wo das Material anzuordnen ist, vorher bestimmt wird und der Infrarottemperatursensor 56 an diesem Ort eingesetzt wird, kann die Oberflächentemperatur des Materials zu jeder Zeit bestimmt werden. Obwohl bei diesem Verfahren nur die Temperatur eines Teils der Materialoberfläche detektiert wird, kann die Temperaturverteilung der Gesamtoberfläche des Materials erhalten werden, wenn mehrere Sensoren eingesetzt werden oder der Sensor beweglich gestaltet wird, so daß er seine Richtung im Gesichtsfeld verändert oder das Material durch einen Drehteller bewegt wird. Die Innentemperatur wird auf der Basis der so detektierten Oberflächentemperatur des Materials abgeschätzt, so daß ähnlich wie bei den vorher beschriebenen Beispielen der Heizprozeß gesteuert und optimiert wird.
Fig. 15 ist ein weiteres anderes Beispiel des Aufbaus des Kochgerätes mit einem Berührungstemperatursensor 57 als Temperaturerfassungseinrichtung. Der berührende Temperatursensor 57 steht in Berührung mit dem gekochten Material und detektiert die Oberflächentemperatur des berührten Teils des Materials. Im Fall eines kompakten Berührungssensors, der wie in Fig. 15 konstruiert ist, kann die Temperaturverteilung eines großen Bereichs erfaßt werden, obwohl die zu detektierenden Punkte oder Teile auf nur einen oder zwei beschränkt sind, wenn der Sensor als Flachbettsensor gebaut und auf dem Boden des Gerätes angeordnet oder zwischen einer Platte und dem Material gehalten wird. Die Innentemperatur wird abgeachätzt und die Heizeinrichtung gesteuert, nachdem die Oberflächentemperatur detektiert ist, wobei dies auf gleiche Art wie bei den vorangehenden Beispielen erfolgt.
Fig. 16 ist: ein Blockdiagramm eines Aufbaus, bei dem die Temperaturerfassungseinrichtung aus einer Kombination einer Einrichtung mit Berührung und einer berührungslosen Einrichtung besteht. Ein Erfassungsteil 58 der Temperaturerfassungseinrichtung 52 ist an dem zu kochenden Material angebracht und detektiert so die Temperatur T6 des Materials, wobei Daten nach außen übertragen werden. Die "Übertragung" ist hier nicht beschränkt auf die Übertragung von Daten durch elektrische Strahlung, sondern umfaßt auch die Übertragung von Signalen mit anderen Mlitteln wie Licht, Schall etc. Ein Empfangsteil 59 der Temperaturerfassungseinrichtung 52 empfängt Signale, die vom Erfassungsteil 58 ausgesandt werden. Wenn beispielsweise der Erfassungsteil 58 elektrische Strahlung überträgt, ist der Empfangsteil 59 der sogenannte Empfänger. Wenn der Erfassungsteil 58 Schallsignale überträgt, ist der Erfassungsteil 59 ein Mikrofon. Ein Verarbeitungsteil 60 der Temperaturerfassungseinrichtung 52 wandelt die vom Erfassungsteil 59 erhaltenen Signale in Temperaturwerte um. Die vom Erfassungsteil 58 detektierte Temperatur T6 ist nicht nur die Oberflächentemperatur des Materials, sondern kann die Temperatur innerhalb des Materials sein, wenn ein nadelförmiger Sensor eingesetzt wird. Unter Verwendung der obigen Temperaturerfassungseinrichtung 52 kann deshalb die Temperatur T6 an einem wahlweisen Punkt des Materials detektiert werden, ohne daß das Material mit dem Körper des Kochgeräts über ein Kabel verbunden ist. Der gleiche Effekt wie oben erläutert wird erhalten, wenn die Temperatur T4 innerhalb des Materials abgeschätzt wird auf der Grundlage der detektierten Temperatur T6, womit dann die Heizeinrichtung 48 gesteuert wird.
Fig. 17 ist ein Beispiel für ein Gerät, bei dem ein temperaturempfindliches Flüssigkristallgerät 61 und eine Kameraeinrichtung 62 jeweils als Erfassungsteil und Empfangsteil der Temperaturerfassungseinrichtung eingesetzt werden. Der temperaturempfindliche Flüssigkristall hat die Eigenschaft, seine Farbe nach Maßgabe der Temperatur zu verändern. Wenn das temperaturempfindliche Flüssigkristallgerät 61 in inniger Berührung mit dem zu kochenden Material angebracht wird, kann die Oberflächentemperatur als Farbe wiedergegeben werden. Eine Farbänderung wird durch die Kameraeinrichtung 42 erfaßt, die sie in eine Temperatur umwandelt. Die Oberflächentemperatur des Materials wird so erhalten. Die Heizeinrichtung wird gesteuert durch die Abschätzung der Innentemperatur auf der Grundlage der oben erhaltenen Oberflächentemperatur und nach Maßgabe der gesetzten Temperaturen, die vorher durch die externe Eingabevorrichtung 50 eingeben wurden, wodurch der gleiche Effekt wie bei den vorangegangenen Beispielen erhalten wird.
Fig. 18 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau des Gerätes zeigt, welches mit einer Temperaturanzeigevorrichtung 63 versehen ist. Die Anzeigevorrichtung 63 dient zur Anzeige mindestens einer der Temperaturen, die durch die Temperaturerfassungseinrichtung 52 detektiert werden, der von der Temperaturschätzeinrichtung 53 abgeschätzten Temperatur und der gesetzten Temperaturen, die durch die externe Eingabevorrichtung eingegeben wurden. Die Anzeige erfolgt digital durch numerische Werte, analog durch das Ausschlagen oder die Drehung eines Zeigers oder graphisch, um die zeitliche Temperaturveränderung etc. visuell anzugeben. Weil die Temperaturanzeige fortlaufend erfolgt, kann der Fortschritt des Heizvorgangs beobachtet werden, d. h., wenn ein Heizfortschritt unter milden Bedingungen signalisiert wird, gibt dies dem Anwender ein Gefühl von Sicherheit. Gleichzeitig kann das Heizen unterbrochen oder die Heizintensität nach Bedarf verändert werden. Soweit erforderlich kann auf der Grundlage der gesetzten Temperaturen, die durch die die externe Eingabevorrichtung 50 eingegeben wurden, nicht nur das einfache automatische Aufheizen, sondern eine hochempfindliche Steuerung des Aufheizvorganges ermöglicht werden.
Fig. 19 ist ein Blockdiagramm des Aufbaus, wenn als Heizeinrichtung eine Hochfrequenzheizeinrichtung 64 verwendet wird. Das Hochfrequenzheizen ist ein Heizen in einem Mikrowellenofen, welches gekennzeichnet ist durch eine direkte Beheizung des Inneren des Materials mit Hilfe von elektrischer Strahlung, im Gegensatz zum Heizen mit Gas oder einem elektrischen Heizer, bei dem das Innere des kochenden Materials durch Übertragung und Leitung von Wärme von der Oberfläche des Materials erwärmt wird. Deshalb erfordert das Heizverfahren kein Vorheizen und findet breite Anwendung bei Mikrowellenöfen zum Erwärmen von Lebensmitteln. Weil jedoch das Ausmaß der Heizung durch Hochfrequenzstrahlung äußerst schwierig zu steuern ist, wird das Hochfrequenzheizen üblicherweise nicht durchgeführt, wenn eine empfindliche Steuerung erforderlich ist.
Erfindungsgemäß wird eine zur Hochfrequenzheizeinrichtung 64 passende Temperaturveränderungsschätzeinrichtung 51 eingebaut. Diese Schätzeinrichtung 51 ermittelt die Temperaturveränderung des Materials nach dem Erwärmen durch Hochfrequenzstrahlung und steuert die Hochfrequenzheizeinrichtung 64 so, daß mit mindestens einer der gesetzten Temperaturen, die durch die externe Eingabevorrichtung 50 eingegeben wurden, Übereinstimmung besteht. Das Material wird bei der gewünschten Temperatur gekocht, wobei die Vorteile bzw. Bequemlichkeit des Hochfrequenzheizens beibehalten werden.
Beim Aufbau von Fig. 19 kann die Temperaturveränderungsschätzeinrichtung 51 durch die Temperaturschätzeinrichtung 53 ersetzt werden, um dadurch die Temperatur des Materials zu erfassen und die Hochfrequenzheizeinrichtung 64 so zu steuern, daß mit mindestens einer der gesetzten Temperaturen, die durch die externe Eingabevorrichtung 50 eingegeben wurden, Übereinstimmung besteht.
Fig. 20 zeigt den Aufbau des Geräts mit der Hochfrequenzheizeinrichtung 64 als Heizeinrichtung und einem nadelförmigen Sensor 65 als Temperaturerfassungseinrichtung. Der nadelförmige Sensor 65 ist, wie in Fig. 21 gezeigt ist, am Vorderende der Nadel mit einem Sensorteil 66 versehen, die einen Außendurchmesser von etwa 1 bis 2 mm hat. Ein geschütztes Kabel 68 erstreckt sich von einem die Nadel tragenden Betätigungsteil 67, wobei das andere Ende mit einem Teil innerhalb der Heizkammer verbunden ist, um Signale herauszuführen. Aufgrund der geschützten Struktur des Kabels 68 kann der Sensor unter Strahlung zur Hochfrequenzheizung eingesetzt werden. Mit dem Sensorteil 66 des Sensors wird das zu kochende Material angestochen, um so die Innentemperatur während des Kochens zu detektieren.
Die Temperaturschätzeinrichtung 53 erfaßt die Temperatur in der Nähe der Oberfläche des Materials auf der Grundlage der Leistung der Hochfrequenzheizeinrichtung 64 und der vom nadelförmigen Sensor 65 detektierten Temperatur. Die Temperatur in der Nähe der Oberfläche des Materials wird erfaßt bzw. abgeschätzt weil der Temperaturanstieg des Materials während des Hochfrequenzheizens nicht einheitlich ist und ein Teil in der Nähe der Materialoberfläche allgemein die höchste Temperatur erhält. Obwohl der nadelförmige Sensor 65 Temperaturen an jedem Teil des Materials detektieren kann, wird die zentrale Temperatur des Materials, d. h. die niedrigste Temperatur des Materials, detektiert, wenn der Sensorteil 66 in die Nähe des Mittelpunktes des Materials gebracht wird. Die höchste Temperatur wird dann aus der detektierten niedrigsten Temperatur abgeschätzt. Auf diese Weise kann die Temperatur des Gesamtmaterials gesteuert werden.
Nachfolgend wird ein Kochprozeß erläutert, beispielsweise wenn ein Klumpen Fleisch zur Bereitung von Roastbeefgekocht wird. Damit das Fleisch seinen Geschmack nicht verliert, sollte es allgemein einheitlich auf etwa 58ºC erwärmt werden, wobei zu diesem Zweck die gesetzte Temperatur so festgelegt wird, wie es nachfolgend beschrieben ist. Zuerst wird die gesetzte Temperatur so festgelegt, daß das Fleisch gekocht wird, bis der zentrale Teil des Fleisches, wo Wärme am schlechtesten hinzuleiten ist, 58ºC erreicht. Obwohl es möglich ist, die Temperaturveränderung zur Mitte des Kochvorgangs festzulegen, sollte die gesetzte Temperatur für einen Eckteil des Fleisches Priorität haben.
Dann wird die gesetzte Temperatur für den Eckteil des Fleisches festgelegt, der am leichtesten zu erwärmen ist. Dieser Teil des Fleisches wird durch jede Heizeinrichtung relativ schnell erwärmt, zeigt jedoch einen besonders schnellen Temperaturanstieg, wenn eine Hochfrequenzheizeinrichtung verwendet wird. Die gesetzte Temperatur für das Eckteil sollte deshalb so festgelegt werden, daß sie 58ºC nicht übersteigt, wenn das Fleisch zu Beginn des Heizens plötzlich erwärmt wird. Danach wird die Temperatur bei einem konstanten Wert gehalten, bis der zentrale Teil des Fleisches 58ºC erreicht.
Die Temperatur des zentralen Teils wird mit dem nadelförmigen Sensor 65 direkt detektiert, wogegen die Temperatur des Eckteils mit der Temperaturschätzeinrichtung 53 aus der Leistung der Heizeinrichtung und dem nadelförmigen Sensor 65 abgeschätzt wird. Weil die Temperatur beim Eckteil so gesetzt wird, daß 58ºC nicht überstiegen werden, erfolgt die Steuerung des Geräts so, daß das Heizen angehalten wird, wenn der ermittelte Temperaturwert des Eckteils größer ist als 58ºC. Die Temperatur des zentralen Teils nimmt zu, wogegen die Temperatur des Eckteils konstant gehalten wird, indem das Gerät öfter AN/AUS geschaltet wird. Wenn schließlich der zentrale Teil 58ºC zeigt, ist der gesamte Klumpen Fleisch in einem auf etwa 58ºC erwärmten Zustand.
Obwohl die obigen Erläuterungen zeigen, wie die gesetzten Temperaturen festzulegen sind und deren Betrieb, wenn das Material vollständig einheitlich erwärmt werden soll, kann durch die Festlegung der einheitlich erwärmte Bereich vergrößert oder verkleinert werden.
Gemäß dem beschriebenen erfindungsgemäßen Temperaturschätzverfahren kann die Temperatur des zu kochenden Materials, die beim Erwärmen eine Temperaturunregelmäßigkeit zeigt, an einem oder mehreren Punkten detektiert werden. Im einzelnen erhält man gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Temperaturschätzverfahren die Temperaturverteilung innerhalb des Materials mit Hilfe des Phänomens, daß hochfrequente Strahlung beim Eindringen von der Materialoberfläche, wo ein Bezugspunkt gesetzt ist, abgeschwächt wird. Wenn ähnlich der Bezugspunkt im Mittelpunkt des Materials gesetzt wird, wird die Temperatur des Materials mit den Erwärmungsunregelmäßigkeiten aufgrund der Gestalt des Materials ermittelt, d. h. es wird die Tatsache berücksichtigt, daß ein Endteil leichter zu erwärmen ist, als der zentrale Teil des Materials. Die Genauigkeit wird verbessert, wenn der Bezugspunkt sowohl an der Oberfläche des Materials als auch im zentralen Teil des Materials gesetzt wird. Gemäß dem zweiten Temperaturschätzverfahren wird der Verfahrenskoeffizient zum Ermitteln der Temperaturänderungsrate für jeden der vorbestimmten zwei Punkte des Materials eingesetzt, wodurch die Temperatur mit beträchtlich höherer Geschwindigkeit abgeschätzt werden kann. Gemäß dem dritten Temperaturschätzverfahren wird die zentrale Temperatur in Echtzeit ermittelt, während das Material gekocht wird. Weil die Temperatur des Eckteils auf der Oberfläche des Materials durch die Temperaturerfassungseinrichtung detektiert wird, kann die zentrale Temperatur mit großer Genauigkeit abgeschätzt werden.
Weil, wie vorstehend beschrieben, die Temperaturveränderung des erwärmten Materials beim vorliegenden Temperaturschätzverfahren detektiert wird, kann das Erwärmen in Übereinstimmung mit einem gewünschten Temperaturänderungsmuster gesteuert werden. Vor Beginn des Erwärmens können die optimalen Heizbedingungen untersucht werden, und außerdem ist die Heizintensität während des Heizens auf der Grundlage der detektierten zentralen Temperatur des Materials einstellbar. Selbst wenn ein vorher noch nicht gekochtes Material zu kochen ist, kann deshalb nicht nur das optimale Heizmuster gesetzt werden, ohne daß Erfahrung erforderlich ist, sondern es kann auch die Temperatur leichter gesteuert werden als auf der Grundlage eines indirekten Parameters wie Dampf oder dergleichen. Somit wird zu jeder Zeit ein gutes Kochen erreicht.
Das erfindungsgemäße Kochgerät ist mit der Temperaturänderungsschätzeinrichtung oder sowohl mit der Temperaturerfassungseinrichtung als auch mit der Temperaturschätzeinrichtung versehen, wodurch eine optimale Steuerung des Heizvorgangs verwirklicht wird. Anders gesagt kann eine Temperaturänderung während des Heizens aufgrund der Funktion der Temperaturänderungsschätzeinrichtung ermittelt werden, wenn die Daten des zu kochenden Materials und die grundlegenden Heizungsbedingungen gesetzt sind. Die Heizbedingungen werden korrigiert, so daß das ermittelte Ergebnis mit einer gewünschten, vorher eingegebenen gesetzten Temperatur übereinstimmt. Selbst wenn das Gerät erstmalig eingesetzt wird, wird das optimale Heizmuster unabhängig von der eigenen Erfahrung gesetzt. Zu jeder Zeit wird ein gutes Kochen sichergestellt.
Beim erfindungsgemäßen Kochgerät, welches die Temperaturerfassungseinrichtung und die Temperaturschätzeinrichtung aufweist, wird außerdem die Temperatur des Materials (hauptsächlich die innere Temperatur) abgeschätzt und die Temperaturänderung so gesteuert, daß sie die gewünschte gesetzte Temperatur ist. Dementsprechend erfolgt ein optimales Heizen, so wie es gewünscht ist.
Die Temperaturschätzeinrichtung ist beispielsweise eine Erfassungseinrichtung zum Detektieren der Temperatur der Atmosphäre, wo das Material angeordnet ist, eine berührungslose Erfassungseinrichtung oder eine Erfassungseinrichtung mit Berührung, die mit dem Material in Berührung gebracht wird, um dadurch die Oberflächentemperatur des Materials zu detektieren etc. Die Wirkungen, die aus der Stimmung der Temperatur des Materials auf der Basis der detektierten Temperatur resultieren, sind die gleichen wie vorstehend diskutiert.
Beim Aufbau mit der Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen der von der Temperaturerfassungseinrichtung detektierten Temperatur oder der abgeschätzten Temperatur auf der Grundlage der wie oben erhaltenen Temperatur kann die Temperatur manuell feiner gesteuert werden, wenn dies unter Bezugnahme auf die angezeigte Temperatur erfolgt.
Obwohl herkömmlicherweise die Temperatursteuerung bei einem Kochgerät, welches eine Hochfrequenzheizeinrichtung als Heizeinrichtung verwendet, nämlich einen Mikrowellenofen, schwierig war und eine gewisse Erfahrung erforderlich war, um auf eine gewünschte Temperatur außerdem zu heizen, ermöglicht es das erfindungsgemäße Kochgerät, welches mit der Temperaturänderungsschätzeinrichtung oder der Temperaturschätzeinrichtung ausgerichtet ist, die gewünschte Temperatur unabhängig von der eigenen Erfahrung zu setzen.
Obwohl die Temperatur innerhalb des Materials mit der Temperaturschätzeinrichtung schwierig zu bestimmen ist, wird außerdem die Temperatur der Materialoberfläche, die mit Hochfrequenz leicht zu erwärmen ist, durch die Temperaturschätzeinrichtung ermittelt, so daß das Gesamtmaterial auf eine gewünschte Temperatur gesteuert werden kann.
Weil die Temperatur des erwärmten zu kochenden Materials auf unterschiedliche Weise ermittelt bzw. abgeschätzt wird, kann, wie vorstehend beschrieben wurde, jedermann das Heizen/Kochen quantitativ steuern, während dies herkömmlicherweise von der Erfahrung abhängig war oder intuitiv durchgeführt wurde.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Gemäß dem erfindungsgemäßen Temperaturschätzverfahren kann die Temperatur des zu kochenden Materials, welches beim Erwärmen Temperaturunregelmäßigkeiten aufweist, bei einem oder mehreren Punkten detektiert werden, wodurch der Heizvorgang so gesteuert wird, daß die Temperaturänderung des Materials mit einer gewünschten Temperaturänderung übereinstimmt. Die Erfindung eignet sich zum Bestimmen bzw. Abschätzen der Temperatur innerhalb des Materials oder der Temperaturänderung, wenn das Material mit Strahlungsheizung, Wärmeleitung oder durch Hochfrequenzheizen etc. gekocht wird.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Kochgerät kann die Temperaturänderung des erwärmten Materials bestimmt bzw. abgeschätzt werden, wenn die Materialdaten und fundamentale Heizbedingungen gesetzt werden; deshalb wird ein optimales Heizmuster gesetzt, ohne daß dies von der eigenen Erfahrung oder Intuition abhängt. Das erfindungsgemäße Kochgerät ist somit insbesondere geeignet für den Einsatz als Mikrowellenofen oder Ofen etc.

Claims

1. Verfahren zum Einschätzen einer Temperatur im Inneren eines zu kochenden Materials, mit:

(a) Speichern von Daten über Werte physikalischer Eigenschaften des Materials und Speichern von Wärmeleitungsbetriebsabläufen;

(b) Empfangen von Daten des zu kochenden Materials und Heizdaten;

(c) Berechnen einer Heizabgabe an einen einer Vielzahl. von Teilen des Materials basierend auf einem Abstand zwischen dem einen der Vielzahl von Teilen des Materials und einem vorbestimmten Bezugspunkt;

(d) Ermitteln eines Temperaturanstiegswerts pro Zeiteinheit des einen der Vielzahl von Teilen anhand der bei dem Datenempfang empfangenen Daten des zu kochenden Materials und der bei der Berechnung berechneten Heizabgabe;

(e) Wiederholen von (c) und (d) für jeden der Vielzahl von Teilen des Materials, um eine Verteilung von Temperaturanstiegswerten einer Gesamtheit des Materials zu erhalten; und

(f) Durchführen eines Wärmeleitungsvorgangs unter Verwendung der bei der Wiederholung erhaltenen Verteilung der Temperaturanstiegswerte, in Übereinstimmung mit den bei der Speicherung gespeicherten Wärmeleitungsbetriebsabläufen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend:

Festlegen einer Vielzahl von Bezugspunkten, die den vorbestimmten Bezugspunkt enthalten, auf einer Oberfläche des Materials;

wobei die Berechnung der Heizabgabe an den einen der Vielzahl von Teilen des Materials basierend auf einem Abstand zwischen jedem der Vielzahl von Bezugspunkten und dem einen der Vielzahl von Teilen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Berechnung einer Heizabgabe an einen der Vielzahl von Teilen des Materials auf einem Abstand zwischen dem einen der Vielzahl von Teilen des Materials und einem ungefähr in einer Mitte des Materials festgelegten zentralen Bezugspunkt basiert.

4. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend:

Festlegen einer Vielzahl von Bezugspunkten, die den vorbestimmten Bezugspunkt enthalten, wobei zumindest einer der Vielzahl von Bezugspunkten auf einer Oberfläche des Materials festgelegt wird und zumindest einer der Vielzahl von Bezugspunkten in einer Mitte des Materials festgelegt wird;

wobei die Berechnung der Heizabgabe an den einen der Vielzahl von Teilen des Materials basierend auf dem Abstand zwischen jedem der Vielzahl von Bezugspunkten und dem einen der Vielzahl von Teilen durchgeführt wird.

5. Kochgerät mit einer Heizeinrichtung (48) zum Erwärmen eines zu kochenden Materials, einer Steuereinrichtung (49) zum Steuern der Heizeinrichtung (48') und einer Temperaturschätzeinrichtung (53) zum Einschätzen einer Temperatur des Materials, dadurch gekennzeichnet, daß

eine externe Eingabevorrichtung (50) vorgesehen ist zum Empfangen einer Vielzahl von Einstelltemperaturen, die Heizzeiten für zumindest einen Teil des zu kochenden Materials entsprechen; und

die Temperaturschätzeinrichtung (53) zum Einschätzen einer Temperatur eines Teils des Materials nach der Steuerung der Heizeinrichtung (48) betreibbar ist, und die Steuereinrichtung (49) zum Steuern der Heizeinrichtung (48) zum annähernden Angleichen der Temperatur des Materials mit der Vielzahl von durch die externe Eingabevorrichtung (50) empfangenen Einstelltemperaturen betreibbar ist.

6. Kochgerät nach Anspruch 5, weiterhin umfassend eine Temperaturumfassungseinrichtung (52) zum Erfassen einer Temperatur des Materials, wobei die Temperaturschätzeinrichtung (53) eine Temperatur eines Teils des Materials, der durch die Temperaturumfassungseinrichtung (52) nicht erfaßbar ist, basierend auf der durch die Temperaturerfassungseinrichtung (52) erfaßten Temperatur einschätzt.

7. Kochgerät nach Anspruch 6, wobei die Temperaturerfassungseinrichtung (52) zum Erfassen einer Umgebungstemperatur einer das Material umgebenden Atmosphäre betreibbar ist, wobei die Temperaturschätzeinrichtung (53) zum Einschätzen der Temperatur im Inneren des Materials basierend auf der durch die Temperaturerfassungseinrichtung (52) umfaßten Umgebungstemperatur betreibbar ist, und die Steuereinrichtung (49) zum Steuern der Heizeinrichtung (48) zum annähernden Angleichen der geschätzten Temperatur im Inneren des Materials an die Vielzahl von durch die externe Eingabevorrichtung (50) empfangenen Einstelltemperaturen betreibbar ist.

8. Kochgerät nach Anspruch 6, wobei die Temperaturerfassungseinrichtung (52) zum berührungslosen Erfassen einer Oberflächentemperatur des Materials betreibbar ist, die Temperaturschätzeinrichtung (53) zum Einschätzen der Temperatur im Inneren des Materials basierend auf der durch die Temperaturerfassungseinrichtung (52) erfaßten Oberflächentemperatur betreibbar ist, und die Steuereinrichtung (49) zum Steuern der Heizeinrichtung (48) zum annähernden Angleichen der geschätzten Temperatur im Inneren des Materials an die Vielzahl von durch die externe Eingabevorrichtung (50) empfangenen Einstelltemperaturen betreibbar ist.

9. Kochgerät nach Anspruch 8, wobei die Temperaturerfassungseinrichturig ein Infrarottemperatursensor (56) ist.

10. Kochgerät nach Anspruch 6, wobei die Temperaturerfassungseinrichtung (52) betreibbar ist, zum Berühren einer Oberfläche des Materials, um eine Oberflächentemperatur des Materials zu erfassen, die Temperaturschätzeinrichtung (53) zum Einschätzen der Temperatur im Inneren des Materials basierend auf der durch die Temperaturerfassungseinrichtung (52) erfaßten Oberflächentemperatur betreibbar ist, und die Steuereinrichtung (49) zum Steuern der Heizeinrichtung (48) zum annähernden Angleichen der Temperatur im Inneren des Materials an die Vielzahl von durch die externe Eingabevorrichtung (50) empfangenen Einstelltemperaturen betreibbar ist.

11. Kochgerät nach Anspruch 6, weiterhin umfassend eine Anzeigeeinrichtung (63) zum Anzeigen zumindest einer der durch die Temperaturerfassungseinrichtung (52) erfaßten Temperatur, der durch die Temperaturschätzeinrichtung (53) eingeschätzten Temperatur, und der durch die externe Eingabevorrichtung (50) eingegebenen Einstelltemperaturen.

12. Kochgerät nach Anspruch 11, wobei die Heizeinrichtung eine Hochfrequenzheizeinrichtung (64) ist.

13. Kochgerät nach Anspruch 6, wobei die Temperaturerfassungseinrichtung (52) einen an einer Oberfläche des Materials anzubringenden Erfassungsteil (58) aufweist, einen Empfangsteil (59) zum kontaktlosen Empfangen von Daten des Erfassungsteils (58), und einen Verarbeitungsteil (60) zum Umwandeln empfangener Daten in Temperaturen, wobei die Temperaturerfassungseinrichtung (52) zum Erfassen einer Temperatur der Oberfläche des Materials oder eines Teils im Inneren des Materials betreibbar ist, wobei die Temperaturschätzeinrichtung (53) zum Einschätzen einer Temperatur im Inneren des Materials basierend auf der durch die Temperaturerfassungseinrichtung (52) erfassten Temperatur betreibbar ist.

14. Kochgerät nach Anspruch 13, wobei der Erfassungsteil ein temperaturempfindliches Flüssigkristallgerät (61) und der Empfangsteil ein Kameragerät (62) ist.

15. Kochgerät nach Anspruch 13, weiterhin umfassend eine Anzeigeeinrichtung (63) zum Anzeigen zumindest einer der durch die Temperaturerfassungseihrichtung (52) erfaßten Temperatur, der durch die Temperaturschätzeinrichtung (53) eingeschätzten Temperatur und der durch die externe Eingabevorrichtung (50) eingegebenen Einstelltemperaturen.

16. Kochgerät nach Anspruch 13, wobei die Heizeinrichtung eine Hochfrequenzheizeinrichtung (64) ist.