НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВАНИЯ ЕДЫ В КОНТЕЙНЕРЕ, В ЧАСТНОСТИ МОЛОКА В ДЕТСКОЙ БУТЫЛОЧКЕ
HEATING DEVICE FOR HEATING FOOD IN A CONTAINER, IN PARTICULAR MILK IN A BABY BOTTLE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к нагревательному устройству для нагревания еды в контейнере, в частности, молока в детской бутылочке. Настоящее изобретение, в частности, относится к подогревателю для бутылочек для подогрева молока в детской бутылочке. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу управления.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Нагревание еды, в частности, молока, до приемлемой температуры является важной частью цикла кормления младенцев. Оно может являться либо грудным молоком, которое хранится в холодильнике, либо молочной смесью, которая готовится из водопроводной воды или охлажденной кипяченой воды. Приемлемая температура молока для большинства младенцев составляет между 30 и 40-42°C, и более предпочтительно, между 35 и 39°C. Исследование показывает, что, если температура молока превышает 40°C дольше 20 минут, тогда важные компоненты питания, такие как протеины и витамины, будут повреждены.
Существует несколько разных способов нагревания молока или еды. Они включают в себя микроволновое нагревание, нагревание на пару и в ванне (также известное, как нагревание на водяной бане). Способ микроволнового нагревания имеет недостаток, состоящий в том, что нагревание в молоке не является однородным, и локально молоко может стать очень горячим, вызывая повреждение питания. При нагревании на пару, пар конденсируется на стенке бутылочки. Тем не менее, оно имеет недостаток, состоящий в том, что температура внутри молока может быть неоднородной, что также приводит к появлению частей (в верхней части бутылочки) молока, которые могут стать слишком горячими. Это также отмечается потребителями.
Принцип водяной бани состоит в нагревании молока посредством размещения молока в контейнере, в частности, в детской бутылочке, в текучую среду, в частности, в воду, которая нагревается с помощью нагревательного элемента в нижней части камеры. Это является самой обычной технологией, используемой во многих нагревательных устройствах. Одно из существенных преимуществ системы водяной бани состоит в том, что нагревание молока происходит сравнительно равномерно, то есть, в молоке имеется лишь небольшой градиент температуры.
В настоящее время, пользователь должен приблизительно определять, методом проб и ошибок, время нагревания детской бутылочки в камере, чтобы получать требуемую температуру молока. Если детскую бутылочку не извлечь по прошествии правильного интервала времени, молоко продолжит нагреваться. Так как существует огромное многообразие в типах детских бутылочек, размерах, объемах молока и воды, толщине стенок детских бутылочек и изначальной температуре молока и воды, производитель не может дать в руководстве точный ответ о том, как долго следует нагревать детскую бутылочку, чтобы достичь требуемой температуры.
Существенной проблемой подогревателя для бутылочек является то, что температура молока внутри бутылочки не известна. Оказывается, довольно сложно измерить температуру молока прямо внутри бутылочки. Существуют бутылочки с индикаторами температуры, тем не менее, они являются сравнительно неточными. Кроме того, сложно считывать эти индикаторы температуры, когда молоко находится в подогревателе для бутылочек.
US 2004/0140304 A1 раскрывает устройство для охлаждения и подогрева детской бутылочки в одной камере, устройство, содержащее камеру, сконфигурированную, чтобы содержать текучую среду и принимать контейнер, нагревательный узел для нагревания текучей среды, элемент измерения температуры для измерения температуры камеры, и контроллер для управления нагревательным узлом.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить нагревательное устройство для нагревания еды в контейнере, в частности, молока в детской бутылочке, быстрым и надежным образом, без риска перегрева еды в контейнере. Дополнительная цель состоит в том, чтобы предложить соответствующий способ управления.
В первом аспекте настоящего изобретения, представлено нагревательное устройство для нагревания еды в контейнере, в частности, молока в детской бутылочке, содержащее
- камеру, сконфигурированную, чтобы содержать текучую среду и принимать контейнер,
- нагревательный узел для нагревания текучей среды,
- элемент измерения температуры для измерения температуры текучей среды с течением времени, чтобы получать профиль температуры с течением времени, и
- контроллер для управления нагревательным узлом на основании полученного профиля температуры текучей среды,
при этом контроллер сконфигурирован, чтобы управлять нагревательным узлом на основании профиля температуры текучей среды и на основании количества текучей среды.
В первом аспекте настоящего изобретения, представлен способ управления нагревательным устройством, раскрытым в материалах настоящей заявки, для нагревания еды в контейнере, в частности, молока в детской бутылочке, упомянутый способ, состоящий в том, что:
- принимают профиль температуры с течением времени, упомянутый профиль температуры, представляющий измеренную температуру текучей среды, содержащейся в камере, сконфигурированной, чтобы принимать контейнер, с течением времени,
- управляют нагреванием текучей среды,
при этом управление нагревательным узлом основано на полученном профиле температуры текучей среды и основано на количестве текучей среды.
В дополнительных аспектах настоящего изобретения, предложена компьютерная программа, которая содержит средство программного кода, чтобы заставлять компьютер выполнять этапы способа, раскрытого в материалах настоящей заявки, когда упомянутая компьютерная программа выполняется на компьютере, а также постоянный машиночитаемый запоминающий носитель, на котором хранится компьютерный программный продукт, который, при выполнении посредством процессора, вызывает выполнение способа, раскрытого в материалах настоящей заявки.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения. Стоит понимать, что заявленный способ, процессор, компьютерная программа и носитель имеют схожие и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления, как у заявленного устройства и как определено в зависимых пунктах формулы изобретения.
Настоящее изобретение основано на идее, согласно которой, с помощью знания о температуре текучей среды с течением времени и о поведении температуры текучей среды, температуру еды можно оценивать автоматически довольно точно. Таким образом, молоко можно нагревать равномерно, без риска перегрева. Текучая среда, в качестве используемой согласно настоящему изобретению, может иметь разные агрегатные состояния и может являться жидкостью, например, водой, или газом, например, воздухом. Настоящее изобретение предлагает простой способ нагревания молока до требуемой и предопределенной температуры, требуя использовать оценку или проверку температуры еды, или заранее делать предположение о требуемой продолжительности нагревания. Кроме того, связь с пользователем или прямое измерение температуры молока не требуется. Дополнительно, еду можно легко поддерживать теплой после достижения предопределенной температуры. Несмотря на обеспечение безопасного для питания нагревания, настоящее изобретение принимает во внимание время нагревания, и избегает долгого времени ожидания, чтобы достичь требуемой или предопределенной температуры. Изобретение, таким образом, использует эффекты, состоящие в том, что еда все еще может быть нагретой, когда нагревательный узел уже выключен, и что температура еды не превышает температуры текучей среды.
Стоит отметить, что настоящее изобретение не ограничено нагреванием молока в детской бутылочке, но в целом может быть использовано для нагревания еды в контейнере, например, других жидкостей, таких как чай в бутылочке или стакане для питья, или детское питание в стакане для еды. Дополнительно, стоит отметить, что нагревание еды должно пониматься не только в качестве подогрева еды до температуры, комфортной или подходящей для потребления, но также включает в себя разморозку еды из замороженного состояния в размороженное состояние.
Предпочтительно, контроллер сконфигурирован, чтобы управлять временем отключения, временем включения и/или мощностью нагревательного узла. Это позволяет более точно управлять температурой еды.
Было замечено, что градиент температуры профиля температуры является особенно полезным для оценивания температуры еды. Следовательно, в варианте осуществления, контроллер предпочтительно сконфигурирован, чтобы управлять нагревательным узлом на основании градиента температуры профиля температуры, что также предоставляет контроллеру возможность управлять температурой текучей среды более точно.
В предпочтительном варианте осуществления, нагревательное устройство дополнительно содержит процессор для оценивания температуры еды на основании профиля температуры текучей среды, градиента температуры текучей среды с течением времени и времени отключения, времени включения и/или мощности нагревательного узла с течением времени. Контроллер, таким образом, может обеспечиваться оцениваемыми данными температуры для точного управления временем отключения, временем включения и/или мощностью нагревательного узла. Кроме того, текущая температура может предоставляться пользователю через пользовательский интерфейс.
В предпочтительном варианте осуществления, нагревательное устройство дополнительно содержит первый измерительный узел для измерения количества текучей среды в камере, при этом контроллер сконфигурирован, чтобы управлять нагревательным узлом на основании профиля температуры текучей среды и на основании измеренного количества текучей среды. Таким образом, контроллер может регулировать температуру еды в контейнере более точно.
В предпочтительном варианте осуществления, нагревательное устройство дополнительно содержит второй измерительный узел для измерения количества еды и/или веса еды и контейнера, при этом контроллер сконфигурирован, чтобы управлять нагревательным узлом на основании профиля температуры текучей среды и на основании измеренного количества еды и/или веса еды и контейнера. Таким образом, контроллер может более точно регулировать температуру еды в контейнере и снижать время нагревания.
В предпочтительном варианте осуществления, нагревательное устройство дополнительно содержит пользовательский интерфейс, чтобы позволять пользователю устанавливать требуемую температуру еды и/или выбирать предопределенную программу подогрева. Разные варианты могут предоставляться пользователю для его выбора. Также могут предоставляться варианты для разных типов еды для нагревания.
Предпочтительно, пользовательский интерфейс сконфигурирован, чтобы предоставлять информацию о количестве текучей среды, которое необходимо добавить в камеру, посредством использования измерения со второго измерительного узла. Таким образом, еда может быть подогрета более точно и однородно с течением времени.
В предпочтительном варианте осуществления, нагревательное устройство дополнительно содержит детектирующий узел для детектирования одного или более свойств и/или типа еды в контейнере, при этом контроллер сконфигурирован, чтобы управлять нагревательным узлом на основании профиля температуры текучей среды и на основании детектированного одного или более свойств и/или типа еды. С помощью этого знания, контроллер может выполнять программу подогрева без какого-либо пользовательского ввода. Для детектирования еды могут использоваться разные варианты, например, оптическое детектирование.
Предпочтительно, камера сконфигурирована, чтобы принимать текучую среду, и/или заранее заполняется текучей средой. Последней вариант предотвращает ошибки пользователей, которые могут состоять в том, что пользователь забыл залить текучую среду в камеру, или залил неверное количество.
В предпочтительном варианте осуществления, нагревательное устройство дополнительно содержит сигнальный узел для вывода сигнала по достижении предопределенной температуры еды. Таким образом, пользователь узнает, когда еда достигает предопределенной температуры, и пользователю не нужно ждать дольше, чем требуется. Предпочтительно, сигнальный узел сконфигурирован, чтобы производить оптический сигнал, акустический сигнал и/или вибрационный сигнал, но также могут существовать другие варианты.
Дополнительно, контроллер предпочтительно сконфигурирован, чтобы управлять нагревательным узлом, чтобы выполнять нагревание текучей среды на разных фазах нагревания. Это позволяет более точно управлять температурой еды.
В одном из вариантов осуществления, контроллер сконфигурирован, чтобы управлять нагревательным узлом, чтобы выполнять нагревание текучей среды на первой фазе нагревания в течение предопределенного времени, в течение рассчитанного времени, до тех пор, пока текучая среда не достигнет первой предопределенной температуры, или до тех пор, пока текучая среда не достигнет первой температуры, которая на предопределенное процентное отношение или абсолютное значение выше, чем изначальная температура текучей среды в начале первой фазы нагревания. Следовательно, на упомянутой первой фазе нагревания, разные условия могут использоваться для управления нагревательными узлами.
В другом варианте осуществления, контроллер сконфигурирован, чтобы управлять нагревательным узлом, чтобы выполнять нагревание текучей среды на второй фазе нагревания, которая инициируется, когда температура текучей среды становится постоянной, повышается только до предопределенной степени или начинает снижаться после окончания первой фазы нагревания. Это позволяет управлять температурой еды с более высокой точностью.
В еще одном варианте осуществления, контроллер сконфигурирован, чтобы управлять нагревательным узлом, чтобы выполнять нагревание текучей среды на третьей фазе нагревания, в случае, если температура текучей среды приближается к, или падает ниже предопределенной или требуемой температуры еды, посредством нагревания текучей среды до температуры, более высокой или равной предопределенной или требуемой температуре еды. Эта третья фаза нагревания предпочтительно используется для поддержания температуры еды постоянной после того, как она была нагрета до требуемой или предопределенной температуры ранее на второй фазе нагревания.
Таким образом, контроллер предпочтительно сконфигурирован, чтобы управлять нагревательным узлом, чтобы выполнять нагревание текучей среды на третьей фазе нагревания посредством многократного включения и отключения нагревательного узла в течение двух или более интервалов времени, до тех пор, пока температура текучей среды не поднимется выше или не достигнет предопределенной или требуемой температуры еды. Это гарантирует, что еда не будет перегрета или повреждена.
В другом предпочтительном варианте осуществления, нагревательное устройство дополнительно содержит третий измерительный узел для измерения температуры окружающей среды вокруг нагревательного устройства, при этом контроллер сконфигурирован, чтобы управлять нагревательным узлом на основании профиля температуры текучей среды и на основании измеренной температуры окружающей среды вокруг нагревательного устройства. Это позволяет более точно управлять температурой еды.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны из и разъяснены со ссылкой на варианты осуществления, описанные далее в материалах настоящей заявки. На последующих чертежах:
Фиг. 1 показывает схематическое представление первого варианта осуществления нагревательного устройства согласно настоящему изобретению,
Фиг. 2 показывает схематическое представление второго варианта осуществления нагревательного устройства согласно настоящему изобретению,
Фиг. 3 показывает график профиля температуры с течением времени согласно настоящему изобретению,
Фиг. 4 показывает график экспериментальных температур текучей среды после нагревания текучей среды и соответствующих температур еды после фазы охлаждения.
Фиг. 5 показывает график экспериментально полученного первого профиля температуры и график соответствующих фаз нагревательного устройства, и
Фиг. 6 показывает график экспериментально полученного первого профиля температуры и график соответствующих фаз нагревательного устройства.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг. 1 показывает схематическое представление первого варианта осуществления нагревательного устройства 100. Нагревательное устройство 100 содержит камеру 1, которая сконфигурирована, чтобы содержать текучую среду 2 и чтобы принимать контейнер 3, содержащий еду 4. Контейнер 3 может, например, являться детской бутылочкой, кружкой, и т. д., содержащей, например, молоко, чай или детское питание, которое будет нагреваться. Контейнер 3 может быть изготовлен из разных материалов, например, стекла, металла или пластика. Текучая среда 2 в камере 1 предпочтительно является водой, которая является предпочтительной благодаря своей высокой теплоемкости и большому количеству. Тем не менее, могут использоваться другие жидкости с низкой вязкостью или даже газ (например, заполняющий пространство в камере с двойными стенками, которая является герметичной). Нагревательное устройство 100 дополнительно содержит нагревательный узел 5, например, нагревательный элемент, такой как нагревательный змеевик, нагревательная пластина, термостат и/или нагревательный стержень, для нагревания текучей среды 2 в камере 1. Упомянутый нагревательный узел 5 приводится в действие посредством контроллера 6 (более подробно описанного ниже), предпочтительно, используя блок 7 питания, снабжаемый энергией из внешнего источника энергии, или батареи или аккумулятора. Нагревательное устройство 100 дополнительно содержит элемент 8 измерения температуры, например, элемент 8 измерения температуры с NTC (отрицательным температурным коэффициентом) или PTC (положительным температурным коэффициентом), для измерения температуры текучей среды 2.
Контроллер 6, который может содержать процессор или быть реализован на нем, управляет нагревательным узлом 5 на основании профиля температуры текучей среды 2, представляющего температуру текучей среды 2 с течением времени и измеряемого посредством элемента 8 измерения температуры. В частности, оценивается градиент температуры профиля температуры. Для этой цели, контроллер 6 предпочтительно сконфигурирован, чтобы управлять временем отключения, временем включения и/или мощностью нагревательного узла 5 для получения предопределенной или требуемой температуры еды 4 в контейнере 3. Обеспеченный контроль предотвращает повреждение еды 4 в случае высоких температур посредством поддержания значения температуры ниже или в точности равным предопределенной или требуемой температуре еды, хотя текучая среда нагревается выше предопределенной или требуемой температуры. В то же время, возможно очень точное нагревание, с тем чтобы пользователю не нужно было оценивать требуемое время нагревания.
Схематическое представление второго варианта осуществления нагревательного устройства 200 показано на фиг. 2. По сравнению с нагревательным устройством 100, нагревательное устройство 200 содержит дополнительные элементы. Тем не менее, стоит отметить, что другие варианты осуществления нагревательного устройства могут содержать другие комбинации элементов, например, могут содержать только один или более дополнительных элементов.
Нагревательное устройство 200 дополнительно содержит первый измерительный узел 10 для измерения количества текучей среды 2 в камере 1. Первый измерительный узел 10 использует, например, стеклянный поплавок или зондовый вибродатчик, или оптически детектирует уровень текучей среды 2 в камере 1. Измеренное количество текучей среды 2 в камере 1 затем учитывается контроллером 6 при оценивании температуры еды 4 и управлении нагревательным узлом 5, которое, таким образом, может выполняться более точно и/или более быстро.
Нагревательное устройство 200 дополнительно содержит второй измерительный узел 11 для измерения количества еды 4 и/или веса еды 4 и контейнера 3. Измеренная информация затем учитывается контроллером 6, например, в объединении с информацией о количестве текучей среды 2 в камере 1, измеренной посредством первого измерительного элемента 10, при оценивании температуры еды 4 и управлении нагревательным узлом 5, которое, таким образом, может выполняться более точно и/или более быстро.
Нагревательное устройство 200 дополнительно содержит третий измерительный узел 16 для измерения температуры окружающей среды вокруг нагревательного устройства. Измеренная информация затем учитывается контроллером 6, например, в объединении с информацией о количестве текучей среды 2 в камере 1, измеренной посредством первого измерительного элемента 10, и/или с информацией о количестве еды 4 и/или весе еды 4 и контейнера 3, измеренной посредством второго измерительного элемента 10, при оценивании температуры еды 4 и управлении нагревательным узлом 5, которое, таким образом, может выполняться более точно и/или более быстро. Третий измерительный узел является, например, элементом с NTC или PTC.
Нагревательное устройство 200 дополнительно содержит пользовательский интерфейс 12. Пользовательский интерфейс 12, предпочтительно, используется для разных целей, в частности, для приема пользовательского ввода и/или для предоставления информации пользователю. Например, используется пользовательский интерфейс, позволяющий пользователю устанавливать требуемую температуру еды 4 и/или выбирать предопределенную программу подогрева, чтобы указывать, какой тип еды 4 находится в контейнере 3, чтобы обеспечивать пользователя информацией о том, сколько текучей среды 2 необходимо залить в камеру 1, чтобы предоставлять пользователю текущую температуру еды 1, и т. д. Пользовательский интерфейс 12 может, например, содержать дисплей, диск управления, одну или более кнопок, сенсорный экран, одну или более ламп (например, СИД), и т. д.
Нагревательное устройство 200 дополнительно содержит детектирующий узел 13 для детектирования одного или более свойств и/или типа еды 4 в контейнере 3. Для этой цели, детектирующий узел 13 может, например, использовать оптический датчик или камеру. При простом детектировании, жидкая еда (например, чай или молоко), может отделяться от более твердой еды, такой как каша, или молоко (показывающее только белый цвет) может отделяться от другой еды (показывающей другие цвета). Посредством использования детектированных данных от детектирующего узла 13, оценивание температуры еды 4 и управление нагревательным узлом 5 может выполняться более точно и/или более быстро. Также возможно, что контроллер 6 устанавливает требуемую температуру автоматически, посредством использования общих или предустановленных температур для одного или более детектированных свойств и/или детектированного типа еды, которые могут храниться в справочной таблице, используемой контроллером 6.
Нагревательное устройство 200 дополнительно содержит сигнальный узел 14, предпочтительно, в виде части пользовательского интерфейса 12, для вывода сигнала по достижении предопределенной температуры и/или требуемой температуры. Сигнальный узел 20 может, например, являться лампой (например, СИД), динамиком или вибрационным элементом.
Кроме того, нагревательное устройство 200 может дополнительно содержать процессор 15 для оценивания температуры еды 4 на основании профиля 300 температуры текучей среды 2, градиента температуры текучей среды 2 с течением времени и времени отключения, времени включения и/или мощности нагревательного узла 5 с течением времени. Оцененная температура затем может сообщаться через пользовательский интерфейс 12, чтобы информировать пользователя о текущем статусе нагревания.
График профиля 300 температуры, представляющий температуру T (в °C) с течением времени t (в секундах), полученного и используемого согласно настоящему изобретению, показан на фиг. 3. График показывает две кривые 310, 320. Первая кривая 310 представляет (измеренную) температуру текучей среды с течением времени, а вторая кривая 320 представляет (оцениваемую) температуру еды с течением времени.
Способ управления, используемый контроллером согласно изобретению, главным образом основан на знании температур. Предлагаемый способ предпочтительно предоставляет решения о включении/отключении нагревательного узла, чтобы гарантировать, что молоко достигает предустановленной температуры безопасным для питания и сравнительно быстрым образом. Посредством предпочтительного объединения градиента температуры текучей среды и интервала нагревания, время, когда еда достигает предустановленной температуры, может быть оценено (но не обязано оцениваться согласно настоящему изобретению).
Чтобы справляться с большим количеством сценариев, имеющих место на практике, контроллер 6 предпочтительно использует кусочную функцию нагревания, содержащую разные фазы нагревания, что будет шаг за шагом описано далее. Главные фазы также указываются ссылкой, как калибровка, перерегулирование, нагревание, охлаждение и термостат. Перед фазой калибровки (также называемой первой фазой нагревания), может обеспечиваться начальная фаза для подготовки (но обычно без нагревания).
Профиль 300 температуры, показанный на фиг. 3, будет более подробно описан далее. Начальная фаза 330 длится с t=0 до t=t
. Начальная фаза иногда необходима, например, для загрузки контроллера 6 и/или процессора 15 и для начала измерения температуры текучей среды с помощью элемента 8 измерения температуры.
init
Первая фаза 331 нагревания, также называемая калибровочной фазой нагревания, длится с t=t
до t=t
. Во время калибровочной фазы нагревания, нагревательный узел 5 включается (обозначено символом "вкл" на фиг. 3). Калибровочная фаза нагревания изначально включает в себя время ожидания, которое является временем, в течение которого нагревательный узел 5 включен, а температура текучей среды еще не увеличилась. Это происходит из-за времени, необходимого для нагревания нагревательного узла 5 и из-за того факта, что температура текучей среды обычно не возрастает мгновенно после начала ее нагревания. Следовательно, калибровочная фаза нагревания не должна длиться дольше времени ожидания. После времени ожидания, температура текучей среды возрастает почти линейно, и градиент текучей среды определяется главным образом мощностью нагревательного узла 5 и количеством текучей среды 2 в камере 1 (например, массы воды в случае, когда вода используется в качестве текучей среды). Нагревательный узел 5 выключается, когда температура текучей среды увеличивается на предопределенное значение, например, на 2°C (отмеченное как T
) выше начальной минимальной температуры текучей среды T
, которая измеряется изначально, например, во время начальной фазы (например, в t=0) или в начале калибровочной фазы нагревания (например, в t=t
). Дополнительные вычисления основаны на линейной связи между увеличением температуры текучей среды и временем.
init
calib
w,min+V
w,min
init
После калибровочной фазы 331 нагревания начинается фаза 332 перерегулирования, которая длится с t=t
до t=t
. Во время фазы 332 перерегулирования, температура текучей среды не перестанет увеличиваться, хотя нагревательный узел 5 выключен. Все еще присутствует оставшаяся тепловая энергия, переходящая в текучую среду 2 и другие детали, вызывая дальнейшее увеличение температуры текучей среды. Фаза 332 перерегулирования является фазой, на которой происходит ожидание дальнейшего возрастания температуры текучей среды и измерение температуры текучей среды. Максимальная температура, при которой температура текучей среды больше не возрастает, отмечена, как T
, и достигается в момент времени t
.
calib
os
w,os
os
Если нагревательный узел 5 управляется посредством контроллера 6 с постоянной мощностью, общая тепловая энергия, переданная нагревательным узлом 5, должна линейно соответствовать времени нагревания. Большая часть тепловой энергии используется для нагревания текучей среды 2 во время калибровочной фазы 331 нагревания и фазы 332 перерегулирования. Следовательно, имеет место следующее соотношение:
calib
init
w
w
w,os
w,min
pow×(t - t)=M× Cp × (T - T).
где pow - это мощность нагревательного узла 5, t
- момент времени, когда калибровочная фаза 331 нагревания останавливается, t
- момент времени, когда калибровочная фаза 331 нагревания начинается, M
- количество текучей среды 2, рассчитанное с помощью массы текучей среды, а Cp
- удельная теплоемкость текучей среды 2.
calib
init
w
w
Для дальнейшего пояснения, скорость перерегулирования OSR будет определена, как OSR=(T
- T
)/( t
- t
). OSR должна линейно соответствовать массе текучей среды M
. Масса текучей среды и мощность нагревательного узла 5 обычно являются постоянными во время всей процедуры нагревания, поэтому OSR является уникальной для каждого случая. Она используется для определения времени нагревания во время последующей второй фазы 333 нагревания.
w,os
w,min
calib
init
w
Вторая фаза 333 нагревания длится с t
до t
. После фазы 332 перерегулирования, вторая опциональная фаза нагревания начинается, когда температура текучей среды больше не возрастает, при температуре T
. Вторая фаза 333 нагревания начинается с включением нагревательного узла 5 и заканчивается, когда температура текучей среды больше не возрастает, при температуре T
. Продолжительность второй фазы нагревания может быть определена с помощью соотношения
os
w,heat
w,os
w,heat
heat
heat
os
w,heat
w,os
Δt=t- t=(T - T)/OSR
где T
- это температура, которая является целевой после второй фазы нагревания, и которая, например, основана на экспериментальных данных в связи с предопределенной и/или требуемой температурой еды T
, как будет описано ниже.
w,heat
m,exp
После второй фазы 333 нагревания, начинается вторая фаза 334 перерегулирования, которая длится с t
до t
, во время которой температура текучей среды возрастает быстрее, чем температура еды, хотя нагревательный узел 5 уже выключен.
heat
w,heat
Когда температура больше не возрастает, при T
, начинается фаза 335 охлаждения. Фаза 335 охлаждения длится с t=t
до t=t
. Текучая среда 2 содержит тепловую энергию, которая используется для дальнейшего нагревания еды. Посредством нагревания еды 4 тепловой энергией текучей среды 2, сама текучая среда 2 охлаждается. Тепловая энергия текучей среды 2 позволяет температуре еды остановиться приблизительно на требуемой и/или предопределенной температуре T
в t=t
. Во время фазы 335 охлаждения, нагревательный узел 5 выключен. Фаза 335 охлаждения заканчивается, когда температура текучей среды падает до температуры T
. T
определяется, как такая же температура, как T
, или, например, на 1°C больше, чем T
.
w,heat
w,heat
exp
m,exp
exp
w,thm
w,thm
m,exp
m,exp
После фазы 335 охлаждения, третья фаза 336 нагревания, также называемая фазой нагревания термостата, начинается в t=t
и заканчивается, когда пользователь отключает или выключает из розетки нагревательное устройство. Во время фазы 336 нагревания термостата, должно достигаться и поддерживаться равновесие между температурой текучей среды и температурой еды. Температура еды должна оставаться постоянной на уровне предопределенной или требуемой температуры. Это достигается посредством включения нагревательного узла 5 в течение одного (или более) короткого импульса(ов) B1 нагревания (например, имеющего продолжительность в одну секунду), если температура еды падает ниже T
. Если температура воды все еще не повысилась после первого импульса, один или более дополнительных коротких импульсов B2, B3 применяются посредством включения нагревательного узла 5 до тех пор, пока температура текучей среды не станет выше или точно равной T
. Когда температура текучей среды опять падает, эта процедура повторяется, и могут использоваться дополнительные импульсы B4, B5. Таким образом, температура еды может поддерживаться по существу постоянной на уровне предопределенной или требуемой температуры в течение некоторого времени без какого-либо риска перегрева еды.
exp
m,exp
w,thm
В варианте осуществления, поясненном выше относительно фиг. 3, представлен конкретный пример для разных условий, используемых для начала или окончания конкретной фазы. В других вариантах осуществления могут использоваться другие условия и/или значения, отличные от вышеупомянутых примерных значений, используемых в поясненных условиях.
Например, в варианте осуществления, продолжительность первой фазы 331 нагревания может являться предопределенной, например, в диапазоне от 5 до 60 секунд. В качестве альтернативы, конец первой фазы 331 нагревания может определяться по достижении предопределенного процентного отношения начальной минимальной температуры T
, например, в диапазоне между 10 и 100%, или по достижении предопределенного абсолютного увеличения начальной минимальной температуры T
, например, в диапазоне от 1 до 10°C. В реальных сценариях использования существует множество вариантов. Например, если имеется стеклянная бутылочка с узким горлышком с небольшим количеством молока, и комнатная температура или температура молока/воды является сравнительно высокой, (например, 25°C), тогда время нагревания может быть очень коротким; с другой стороны, если необходимо разморозить большое количество молока, время может быть намного длиннее.
w,min
w,min
В дополнительном варианте осуществления, вторая фаза 333 нагревания может начинаться после калибровочной фазы 331 нагревания, когда температура текучей среды все еще возрастает после первой фазы нагревания с падающим градиентом, или когда температура текучей среды уже начала падать.
В другом варианте осуществления, продолжительность второй фазы 333 нагревания может, как и продолжительность первой фазы 331 нагревания, определяться по достижении предопределенного процентного отношения начальной минимальной температуры T
в начале второй фазы 333 нагревания, например, в диапазоне между 10 и 100%, или по достижении предопределенного абсолютного увеличения начальной минимальной температуры T
, например, в диапазоне от 1 до 10°C. Опять же, большие изменения сценариев использования вызывают большое изменение цикла нагревания.
w,os
w,os
В еще одном варианте осуществления, третья фаза 336 нагревания может начинаться после фазы 335 охлаждения, когда предопределенная или требуемая температура еды и/или температура текучей среды близка к предопределенной или требуемой температуре еды, то есть, не обязательно в точности равна предопределенной или требуемой температуре, но достигает предопределенного абсолютного значения (например, в диапазоне вплоть до 3°C) или предопределенного процентного отношения (например, в диапазоне вплоть до 10%) выше или ниже предопределенной или требуемой температуры.
В еще одном варианте осуществления, третья фаза 336 нагревания может в целом включать в себя один или более коротких импульсов нагревания, при этом продолжительность импульса нагревания и интервал между импульсами нагревания могут управляться индивидуально и также могут различаться. В предпочтительном варианте осуществления, продолжительность такого импульса нагревания находится в диапазоне от 0.5 до 5 секунд. В некоторых случаях, например, когда молоко уже достигло предопределенной температуры, нагревание начнется только после того, как температура молока опять упадет ниже предопределенной температуры. Для некоторых случаев, например, экстремального случая разморозки, после предыдущих двух фаз нагревания все еще требуется больше энергии, и на фазе 336 импульсы нагревания будут очень частыми.
w,heat
w,heat
m,exp
w,heat
m,exp
w,heat
m,exp
m,exp
w,heat
m,exp
w,heat
m,exp
w,heat
График экспериментальных температур T текучей среды после нагревания текучей среды до температуры T и соответствующих температур еды T показан на фиг. 4. В этом эксперименте, текучая среда 2 является водой, а еда 4 является молоком. Каждая звездочка на графике представляет эксперимент с разными количествами воды и/или молока, разными начальными температурами воды и/или молока, и разными моментами времени включения и отключения нагревательного узла 5. Видно, что имеется корреляция между T и T. Следовательно, можно определить T из T. Чтобы убедиться, что молоко не перегревается во всех случаях, для определения связи нижняя граница экспериментальных данных используется вместо линейной регрессии для контроллера 6 нагревательного устройства. Нижние границы показаны тремя кругами 40, 41, 42. Первый круг 40 установлен на T=30°C и T=38°C. Второй круг 41 установлен на T=34°C и T=44°C. Третий круг 42 установлен на T=37°C и T=47°C. Эти круги 40, 41, 42 являются примерами для разных предопределенных температур.
В то время как камера может быть предварительно заполнена водой, в одном из вариантов осуществления, пользователя просят залить предопределенное количество воды в камеру, например, такое же количество, как и количество еды, которое он хочет подогреть. Это предоставляет очень быстрый и точный способ нагревания еды до предопределенной температуры. Например, если пользователь выбирает для молока предопределенную температуру в 34°C, разные фазы нагревания нагревают воду до температуры T
=44°C без риска перегрева молока.
w,heat
Первый профиль температуры T с течением времени, полученный в первом эксперименте, и график соответствующих фаз нагревательного устройства показаны на фиг. 5. Верхний график схож с графиком, показанным на фиг. 3, и показывает результаты эксперимента с 90 мл воды (в качестве текучей среды), 90 мл молока (в качестве еды), и предопределенной температурой молока 30°C. Кривая 50 представляет профиль температуры воды с течением времени, а кривая 51 представляет соответствующую температуру молока с течением времени. Нижний график иллюстрирует разные фазы, выполняемые нагревательным устройством, которые обозначены теми же номерами, как и на фиг. 3. Блоки 52 обозначают периоды времени, в которые нагревательное устройство включено.
Второй профиль температуры T с течением времени, полученный в первом эксперименте, и график соответствующих фаз нагревательного устройства показаны на фиг. 5. Верхний график схож с графиком, показанным на фиг. 3, и показывает результаты эксперимента со 120 мл воды (в качестве текучей среды), 120 мл молока (в качестве еды), и предопределенной температурой молока 37°C. Кривая 60 представляет профиль температуры воды с течением времени, а кривая 61 представляет соответствующую температуру молока с течением времени. Блоки 62 на нижнем графике обозначают периоды времени, в которые нагревательное устройство выключено.
Несмотря на то, что изобретение было подробно проиллюстрировано и описано на чертежах и в предшествующем описании, такая иллюстрация и описание должны считаться иллюстративными или примерными, а не ограничительными; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Другие варианты в отношении раскрытых вариантов осуществления могут быть осмыслены и реализованы специалистами в данной области техники при осуществлении заявленного изобретения на практике, по изучению чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения.
В формуле изобретения, слово «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, а единственное число не исключает множественности. Одиночный элемент или другой узел может выполнять функции нескольких элементов, изложенных в формуле изобретения. Простое обстоятельство, что определенные критерии перечислены во взаимно разных зависимых пунктах формулы изобретения, не служит признаком того, что комбинация этих критериев не может быть использована с выгодой.
Никакие символы ссылок в формуле изобретения не должны истолковываться в качестве ограничивающих объем.