烹飪裝置的製作方法

2023-07-30 13:28:27

本發明涉及一種用於烹飪食物的裝置，以及特別用於烹飪一對板之間的食物。

發明背景

食物壓力機，如三明治壓力機或漢堡包壓力機，使用一對板，憑藉所述板將例如三明治放置在一對熱的板之間以加熱麵包和其填料。然而，三明治壓力機依靠用戶插入三明治以及監測在取走三明治之前加熱它花費的時間。如經常發生的，用戶會變得思想不集中並忘記取走烹飪好的三明治，然後三明治就烤糊了。提供位於三明治壓力機上的定時裝置以提醒用戶所述食物是烹飪好的是已知的，但這些並不總是準確以適當地烹飪食物，並且需要用戶進行設置。

另一方面，食物壓力機也可能不一致地烹飪食物導致未烹飪好。以三明治為例，特別是厚三明治容易未烹飪好，其中熱量從板到三明治中心傳遞比預期花費更長時間。為解決這個問題，三明治必須在板之間被壓扁以改善從板到三明治的熱量傳遞。這是不合需要的，因為它不可避免地壓碎三明治，溢出其填料，並且通常會影響三明治的風味。

另外，不一致的烹飪也可能會導致食物中毒，特別是如果三明治不是新鮮製備的並且施加不充足的熱量用以殺滅所有細菌。需要提供一種烹飪裝置，該裝置能準確且一致地加熱或烹飪多種食物。

技術實現要素：

按照本發明提供了一種烹飪裝置，包括一對板，在所述板之間烹飪食物，至少一個所述板設有用於烹飪所述食物的加熱元件，所述烹飪裝置設有用於選擇烹飪偏好的用戶界面；測量傳感器，當所述食物位於所述一對板之間時，用於測量所述一對板之間的距離；重量傳感器，用於測量所述食物的重量，以及控制系統，用於接收至少一個來自所述測量傳感器和重量傳感器的信號，以確定用於烹飪所述食物至所述烹飪偏好的烹飪模式(profile)，並根據所述烹飪模式和每單位時間傳遞給所述食物的能量值計算烹飪所述食物所需的能量總值，並基於計算的每單位時間傳遞給所述食物的能量值控制對所述加熱元件的電力供應。

所述烹飪裝置基於所述食物的厚度和/或重量根據所述烹飪模式計算並應用一定量和比率的能量輸入來烹飪所述食物，該烹飪模式是一個溫度烹飪模式。所述烹飪模式指定烹飪所述食物所需的能量總值是如何在烹飪過程中傳遞給所述食物的。

適當地，烹飪時，所述控制系統監測並連續調整溫度以達到所期望的烹飪結果。

所述烹飪偏好可以基於一個或多個變量，包括食物的類型和用戶對於所述食物的優選的烹飪結果。例如，用戶可以使用用戶界面以確定食物的類型，例如，一塊牛排或雞肉，以及所需的烹飪結果，例如，半熟或全熟。

所述控制系統可以編程以將食物的類型包括在烹飪偏好中，所述食物的類型包括但並不限於：魚、紅肉、家禽肉、豬肉、蔬菜和麵包、或其組合，例如三明治。優選的烹飪結果包括但並不限於「全熟」、「半生熟」、「半熟」和「加熱」，或針對包括三明治的食物的標準選擇，如「完成」。

基於所述烹飪偏好，通過所述控制系統確定用來烹飪所述食物的所述烹飪模式。所述烹飪模式反過來決定烹飪所述食物至所述烹飪偏好的烹飪溫度或烹飪溫度的範圍。

適當地，在烹飪過程中，所述控制系統將傳遞給所述食物的能量值與烹飪所述食物所需的能量總值進行比較。

所述傳遞給所述食物的能量比率與烹飪所述食物所需的能量總值之間的比較可以連續地或在分散的間隔進行。例如，所述比較可以在2、5、10、15、20或30秒的時間間隔或者中間的任何時間進行。或者，在烹飪過程中，該比較可以在預計完成時間之前進行設定次數，例如一次或兩次。再或者，該比較可以連續貫穿所述烹飪過程。

優選地，每秒時間計算傳遞給所述食物的能量的比率。

在一個實施方式中，所述控制系統通過監測傳遞給所述食物的能量值預測所述食物何時為烹飪好的。當傳遞給所述食物的能量值基本上等於烹飪所述食物所需的能量總值時，所述食物被預測為烹飪好。

在一個實施方式中，一旦傳遞給所述食物的能量基本上等於烹飪所述食物所需的能量總值時，所述烹飪裝置停止傳遞能量到所述食物中。為此，一旦傳遞給所述食物的能量等於烹飪所述食物所需的能量值時，所述控制系統停止向所述加熱元件供應電力。

在一個實施方式中，所述控制系統減少對所述加熱元件的電力供應以在烹飪完成之後保持所述板在預定溫度。

一般地，控制器使用閉環傳遞函數(也稱為前饋系統)來調節所述烹飪溫度以確保所述食物按照所選擇的烹飪偏好進行烹飪。為此，所述控制器為選定的食物確定特定的烹飪結果並調節烹飪溫度以實現所述結果。

與此相反，最常規的烹飪裝置，例如三明治壓力機，採用反饋系統並憑此設定溫度，且所述裝置僅僅試圖維持所期望的設置。然後，用戶決定所述食物何時烹飪至令他們滿意。沒有閉環系統對所選食物生成特定的烹飪結果。

所述控制系統優選地基於所述食物的重量根據所述烹飪模式計算烹飪所述食物所需的總能量。更優選地，基於所述食物的重量以及為實現優選的烹飪結果所選的烹飪溫度和初始食物溫度之間的溫度差，所述控制系統根據所述烹飪模式計算烹飪所述食物所需的能量。

基於所述食物的重量、所述食物的比熱容、為達到優選的烹飪結果所需的烹飪溫度以及初始食物溫度，所述控制系統優選地根據所述烹飪模式計算烹飪所述食物所需的總能量。

根據所述烹飪模式烹飪所述食物所需要的總能量可以使用下式計算，其中，Q是根據所述烹飪模式烹飪所述食物所需的總能量，Cp是所述食物的比熱容，M是所述食物的重量，T2是為實現所選烹飪偏好的所需(目標)溫度和T1是初始食物溫度：

Q＝Mcp(T2-T1)

T2優選地在所述食物的中心測量。

所述烹飪溫度是為實現所述食物的目標溫度所需的溫度。所述烹飪溫度可與所述目標溫度不同。例如，所述烹飪溫度可以最初設置高於所述目標溫度以燒焦所述食物，所述烹飪溫度可以隨後被降低以確保所述食物在燒焦後不烹飪過度。

優選地，在烹飪過程中，所述控制系統基於所述食物的厚度和/或重量計算每單位時間傳遞給所述食物的能量值。在烹飪過程中，基於各板的溫度變化，所述控制系統也可以計算傳遞到所述食物內的能量值。例如，該能量值可基於所述食物與所述一對板接觸的表面積以及所述烹飪裝置的各板的溫度變化來計算。

每單位時間傳遞給所述食物的能量(q)可使用下式計算：

q＝ΔT1Rth+ΔT2Rth，其中，ΔTi/2＝T板1/2-T食物溫度

ΔT1是每單位時間第一板(T板1)和所述食物溫度(T食物溫度)之間的溫度差以及ΔT2是每單位時間第二板(T板2)和所述食物溫度(T食物溫度)之間的溫度差。

適當地，所述第一板是所述烹飪裝置的頂板以及所述第二板是所述烹飪裝置的底板。

在一個實施方式中，所述食物的熱阻可基於所述食物與所述一對板接觸的表面積、所述食物的厚度以及所述食物的熱導率來計算。

所述食物的熱阻(Rth)可以使用下式計算，其中A為計算的表面積，(x)是所測量的厚度以及(k)是所述食物的熱導率：

Rth＝kA/x

在一個實施方式中，所述食物與所述板接觸的表面積(A)是基於所述食物的厚度、重量和密度進行計算的。

所述食物與所述板接觸的表面積(A)可使用下式進行計算，其中(x)是所測量的厚度，(M)是重量以及(ρ)是所述食物的密度：

A＝M/(xρ)

在另一個實施方式中，所述食物與所述板接觸的表面積是使用傳感器估算的。優選地，所述傳感器是溫度傳感器。其它傳感器，例如壓力傳感器，可被使用。

在所述食物的表面和中心之間存在溫度梯度。所述食物的表面溫度將接近與所述食物接觸的所述板的表面溫度，且所述食物的其餘部分的溫度將是相對於所述板的距離、所述食物的熱容以及所述板與所述食物間的溫度差的函數。

計算出的淨食物溫度是累積的，將增加的溫度增量加到之前的溫度值上。

在此基礎上，可相對於根據所述烹飪模式烹飪所述食物所需的能量總值，計算和測量在烹飪過程中傳遞到所述食物內部的能量值。當傳遞給所述食物的能量值等於烹飪所述食物所需的能量總值時，所述烹飪過程完成。

所述烹飪模式可在烹飪後保持所述食物處於預定溫度。這可預防所述烹飪好的食物在被食用之前變冷。這可避免所述食物烹飪好後為使所述烹飪好的食物達到其目標溫度對存放時間的需要。

適當地，所述預定溫度為目標溫度。這可讓所述烹飪好的食物長時間地保持在目標溫度，而不會烹飪過度。在本實施方式中，所述板優選由高熱導率材料製成以允許所述板的溫度從烹飪溫度迅速達到預定溫度。與此相反，低導熱材料增加了所述食物過度烹飪的風險，由於當所述板冷卻到選定的溫度時，過多的能量被傳遞給所述食物。

適當地，所述板的熱導率範圍為30-400Wm-1K-1。優選地，所述板的熱導率範圍為200-400Wm-1K-1。更優選地，所述板的熱導率範圍為200-300Wm-1K-1。

當選擇保持所述烹飪好的食物處於預定溫度的選項時，可以調節所述烹飪溫度和/或所述烹飪持續時間。

所述板是相對彼此相對可移動的以抵靠其間的所述食物。所述板優選地是平行的，並且可從水平到垂直位置在任何角度調整。適當地，所述一對板水平布置以限定頂部和底部的板，在其間烹飪食物。兩個板適當地包括加熱元件，雖然所述裝置可僅以一個板中的一個元件作用。每塊板可包括兩個元件以提供溫度分區。這允許不同的待烹飪的食物在同一時間使用不同的烹飪模式，。

在一個實施方式中，任一個或兩個板可以由鋁製成。適當地，任一個或兩個所述板還包括嵌入銅的基底和不鏽鋼外塗層。

在一個實施方式中，任一個或兩個板可以具有高的熱慣性以保持足夠的熱量來烹飪所述食物。

每個板可包括用於測量局部溫度和到所述控制系統的反饋的熱電偶。所述食物的初始溫度可以通過所述熱電偶測定。當所述食物被放置在板上時，所述熱電偶也可以允許所述烹飪裝置通過測量溫度下降以確定所述食物的位置。所述熱電偶檢測到的溫度下降可用於估計所述食物的表面積。

適當地，每個板包括四個熱電偶以提高溫度測量的精度。

在烹飪過程中，基於來自板壓力傳感器的反饋，所述的一對板可自動相對於彼此移動並與所述食物保持接觸。

一個或兩個板可以包括板壓力傳感器以測量在烹飪過程中板對食物的壓力並將相應的信號傳輸到所述控制系統以在烹飪過程中保持所述板對所述食物的預定壓力。

烹飪時間完成後，其中一塊板可自動地與所述食物分離。

每個加熱元件的輸出功率範圍為50-5,000W。適當地，每個加熱元件的功輸出率範圍為1000-1,200W。

用戶界面可以包括LED屏幕，用於顯示可用於選擇烹飪模式的選項。

所述測量傳感器(也稱為板間距傳感器)可以採取許多形式，用於測量所述板之間的距離，即所述板的間距。

所述測量傳感器可以是位置/角度/位移傳感器，所述傳感器位於軸上，通過所述軸所述板被連接並旋轉分離。所述軸可以是槓桿配置的軸，其中特別地，手柄被鉸接到所述烹飪裝置以相對於另一個板打開和關閉一個板。在本實施方式中，當食物被放置在所述一對板之間時，所述手柄以一定角度旋轉，所述測量傳感器測量所述角度。所述角度測量由所述控制系統處理以計算所述一對板之間的距離。

所述測量傳感器可以位於一個或兩個板上的任何位置以測量所述一對板之間的距離。例如，所述測量傳感器可以位於一個板的邊緣並發送信號到另一個板或到另一板上的另一傳感器以確定所述一對板相對於彼此的位置。適當地，至少兩個測量傳感器安裝在所述烹飪裝置的前面和後面。

所述測量傳感器可以是聲學或光學傳感器。例如，可使用超聲波傳感器來測量所述一對板之間的距離。所述超聲波傳感器從一個板發射信號，所述信號被反射離開另一個板，信號反射回來所花費的時間用於測量所述板之間的距離。

所述測量傳感器可以是光學/光傳感器，所述光學/光傳感器使用光束來測量所述一對板之間的距離。例如，所述傳感器可以是紅外傳感器或光學位置傳感器。優選地，所述傳感器包括多個光束，所述多個光束可以被順序地破壞或阻擋以測量所述一對板之間的距離。

所述測量傳感器可以具有的精度範圍為1-55mm。適當地，所述精度範圍為1-3mm。

所述測量傳感器可以位於一個板上並包括滑動銷，所述滑動銷的一端安裝在位於板內部的印刷電路板上，另一端安裝到安裝於所述烹飪裝置的手柄的導杆上。所述滑動銷可以位於所述板的一個側面，並通過所述導杆上的槽被機械地連接到所述手柄，以隨著所述板的相對分離而可移動。所述手柄的移動，反過來移動所述滑動銷，從所述測量傳感器發送信號到所述控制系統，所述控制系統計算所述一對板之間的距離。

所述測量傳感器可以直接或間接地測量所述一對板之間的距離。例如，一種間接的測量方法包括測量一角度，當食物位於所述一對板之間時，所述烹飪裝置的槓桿手柄是以所述角度旋轉的，且所述板之間的距離是使用測量的角度計算的。直接的測量方法的一個例子包括使用超聲波傳感器通過從一個板發射信號到另一個板以測量所述一對板之間的距離。

所述重量傳感器可以是負荷傳感器的形式。適當地，所述負荷傳感器被安置在所述板的內部或下方。

所述重量傳感器可以具有0.05-15％的精度範圍。

所述用戶界面可以是位於所述烹飪裝置上的控制面板、智慧型手機應用程式、遙控器或其類似物。所述用戶界面可以包括LCD或LED顯示屏。

所述控制系統可以是微處理器印刷電路板。所述印刷電路板可安裝在散熱器上。一個USB接口可被用於程序更新以及一個RJ45網絡連接可以被用於與所述用戶界面進行交流。在一個實施方式中，所述USB是用於記錄數據以及一個多針連接帶用於與CPU相連接以更新程序。

所述控制系統可以比熱容、熱阻和熱導率值的預定設置被編程，且任選其一地或額外地基於從所述用戶界面接收的數據。

所述控制面板包括超馳控制(override)，用於手動控制所述烹飪模式，而不管所述一對板間的距離或所述食物的重量。例如，所述烹飪溫度可使用用戶界面手動輸入到所述控制面板中。

所述超馳控制也可以允許用戶烹飪食物，不管兩個板是否與食物接觸。例如，當頂板在烹飪期間從食物上被提起時，在能量僅通過下板傳遞的基礎上，所述控制系統允許所述烹飪過程繼續。當頂板重新接觸所述食物時，在能量通過兩個板傳遞的基礎上，所述控制系統重新調整以繼續所述烹飪過程。所述烹飪裝置可包括支架，在烹飪時間結束後，所述支架致動從底板上抬離食物。在烹飪時間結束後，板和/或支架的驅動是由控制系統自動進行的。

所述控制系統可在烹飪過程完成之後關閉加熱元件。替代地或附加地，所述控制系統可發送音頻和/或視頻指示來提醒用戶烹飪過程完成。

所述烹飪裝置可包括分區的烹飪區域，由此每個區域包括以相對於其他區域獨立的烹飪模式局部獨立作用以加熱對應區域的加熱元件。

按照本發明，還提供了一種用於烹飪裝置的控制系統，所述烹飪裝置包括一對板，至少一個板有用於烹飪食物的加熱元件；當食物位於一對板之間時，用於測量一對板間距離的測量傳感器；以及用於測量食物重量的重量傳感器，其中，所述控制系統被配置為：

從用戶界面接收數據以選擇烹飪偏好；

接收來自測量傳感器的信號以計算在一對板之間的距離；

接收來自所述重量傳感器的信號以確定食物的重量；

根據烹飪偏好確定烹飪模式以烹飪食物，其中，所述烹飪模式是基於來自所述測量傳感器和重量傳感器的至少一個信號確定的；

根據烹飪模式基於來自重量傳感器的信號計算烹飪食物所需的能量總值；

基於來自測量傳感器的信號，計算每單位時間傳遞給食物的能量的能量值；

開啟加熱元件；以及

基於所述烹飪模式，控制加熱元件。

所述控制系統可控制加熱元件以改變每單位時間傳送給食物的能量值。這，反過來，可用於控制烹飪時間。

所述控制系統可將根據所述烹飪模式烹飪食物所需的能量值與每單位時間傳遞給食物的能量值相比較來確定烹飪過程的完成百分比。

所述控制系統可在離散的時間間隔將傳遞給食物的能量值與烹飪食物所需的能量總值相比較。

所述控制系統可以執行以下步驟以控制加熱元件：

確定由於開啟加熱元件已經流逝的時間；

從加熱元件開啟時，基於烹飪模式，確定加熱元件的溫度；

測量加熱元件的溫度；和

基於烹飪模式和加熱元件的當前溫度，控制加熱元件升高或降低溫度，，從而升高或降低所述加熱元件的溫度。

所述控制系統可基於所述烹飪模式確定烹飪溫度。

所述控制系統可以基於所述食物的重量根據烹飪模式計算烹飪食物所需能量總值。

所述控制系統可通過監測傳遞給食物的能量值預測食物何時是烹飪好的。當傳遞給食物的能量值基本上等於烹飪食物所需能量總值時，食物被認為是烹飪好的。

在烹飪過程中，控制系統可將傳遞給食物的能量值與烹飪食物所需的能量總值作比較。

一旦傳遞給食物的能量等於烹飪食物所需要的能量值時，控制系統可以停止對加熱元件的。

控制系統可減少對加熱元件的電力供應以在烹飪結束之後保持所述板處於預定溫度。

所述控制系統可以使用閉環傳遞函數來調節烹飪溫度以確保食物是根據選擇的烹飪偏好烹飪的。

所述控制系統可以基於食物的重量以及烹飪溫度和初始食物溫度之間的溫度差，根據烹飪模式計算烹飪食物所需的能量總值。

所述控制系統可以根據烹飪模式使用下式計算烹飪食物所需的能量總值，其中Q是根據烹飪模式烹飪食物所需的能量總值，cp是食物的比熱容，M是食物的重量，T2是實現烹飪偏好所需(目標)溫度以及T1是初始的食物溫度：

Q＝Mcp(T2-T1)。

所述控制系統可以基於食物的厚度和重量計算每單位時間(例如：每秒)傳遞給食物的能量值。

適當地，控制系統使用下式計算每單位時間傳遞給食物的能量值，其中ΔT1是每單位時間第一板(T板1)和食物溫度(T食物溫度)之間的溫度差以及ΔT2是每單位時間第二板(T板2)和食物溫度(T食物溫度)之間的溫度差以及Rth是食物的熱阻：

q＝ΔT1Rth+ΔT2Rth，其中，ΔT＝T板1/2-T食物溫度

以及，其中所述食物的熱阻是基於食物與所述一對板接觸的表面積、食物的厚度和食物的熱導率進行計算的。

基於來自板壓力傳感器的反饋，在烹飪過程中，控制系統可自動調節所述的一對板以保持與食物相接觸。

在烹飪完成後，控制系統可驅動烹飪裝置上的支架以將食物抬離板。

按照本發明，還提供了一種使用裝置烹飪食物的方法，所述裝置包括一對板，在其之間烹飪食物，以及至少一個板設有用於烹飪食物的加熱元件，包括步驟：選擇烹飪偏好；當食物位於所述一對板間時測量所述一對板間的距離以確定食物的厚度；測量食物的重量；根據烹飪偏好，基於食物的厚度和食物的重量中的至少一個，確定用於烹飪食物的烹飪模式；基於所述食物的重量，根據烹飪模式，計算烹飪食物所需的能量總值；基於食物的厚度，計算每單位時間傳遞給食物的能量值；以及基於每單位時間傳遞給食物的能量值，控制對加熱元件的電力供應以烹飪食物，。

該方法可包括基於所述烹飪模式確定烹飪溫度。

該方法可包括基於食物的重量根據烹飪模式計算烹飪食物所需的能量總值。

該方法可包括將根據確定的烹飪模式烹飪食物所需要的能量總值與每單位時間傳遞給食物的能量值比較以確定烹飪的完成百分比。

該方法可包括在離散的時間間隔，將傳遞給食物的能量值與烹飪食物所需要的能量總值相比較。

該方法可包括通過監測傳遞給食物的能量值預測食物何時為烹飪好。當傳遞給食物的能量值基本上等於烹飪食物所需要的能量總值時，食物被認為是烹飪好的。

該方法可包括在烹飪過程中，將傳遞給食物的能量值與烹飪食物所需的能量總值相比較。

該方法可包括一旦傳遞給食物的能量等於烹飪食物所需的能量值時，停止對加熱元件的電力供應。

該方法可包括在烹飪完成之後，降低對加熱元件的電力供應，以保持所述板處於預定溫度。

該方法可包括使用閉環傳遞函數來調節烹飪溫度以確保食物是根據選擇的烹飪偏好烹飪的。

該方法可包括基於食物的重量以及烹飪溫度和初始食物溫度之間的溫度差，根據烹飪模式計算烹飪食物所需的能量總值。

該方法可包括根據烹飪模式使用下式計算烹飪食物所需的能量總值，其中Q是根據烹飪模式烹飪食物所需的能量總值，cp是食物的比熱容，M是食物的重量，T2是為實現烹飪偏好的所需(目標)溫度以及T1是初始食物溫度：

Q＝Mcp(T2-T1)。

該方法可包括基於食物的厚度和重量計算每單位時間(例如：每秒)傳遞給食物的能量值。

適當地，使用下式計算每單位時間(q)傳遞給食物的能量值，其中ΔT1是每單位時間第一板(T板1)和食物溫度(T食物溫度)之間的溫度差以及ΔT2是每單位時間第二板(T板2)和食物溫度(T食物溫度)之間的溫度差以及Rth是食物的熱阻：

q＝ΔT1Rth+ΔT2Rth，其中，ΔT＝T板1/2-T食物溫度

以及，其中所述食物的熱阻是基於食物與所述一對板接觸的表面積、食物的厚度和食物的熱導率進行計算的。

該方法可包括基於來自板壓力傳感器的反饋自動調節所述的一對板以在烹飪過程中與食物保持相接觸。

該方法可包括在烹飪完成後將食物抬離板。

附圖簡述

本發明的實施方式在下文中僅通過實施例的方式進行說明，參照附圖，其中：

根據本發明的一種形式，圖1是一個流程圖，所述流程圖表示在烹飪過程中，在用戶界面上顯示的信息的順序。

根據本發明的一種形式，圖2是一個流程圖，所述流程圖表示在烹飪過程中，控制系統所採取的步驟。

根據本發明的一種形式，圖3是一個流程圖，所述流程圖表示為檢測系統中的錯誤，所述控制系統採取的步驟。

根據本發明的一種形式，圖4是根據本發明的烹飪裝置的一個實施方式的透視圖，所述烹飪裝置設有超聲波傳感器。

根據本發明的一種形式，圖5是圖4中烹飪裝置上的超聲波傳感器的放大圖。

根據本發明的一種形式，圖6是設有角度傳感器的烹飪裝置的槓桿裝置的軸的放大圖。

根據本發明的一種形式，圖7是設有光束傳感器的烹飪裝置的透視圖。

根據本發明的一種形式，圖8是設有滑動傳感器的烹飪裝置的透視圖。

根據本發明的一種形式，圖9是設有四連杆連接手柄的烹飪裝置的透視圖。

根據本發明的一種形式，圖10是設有支架的烹飪裝置的透視圖，所述支架用於烹飪結束後將食物從底板抬離。

根據本發明的一種形式，圖11是設有分區的烹飪區域的烹飪裝置的透視圖。

根據本發明的一種形式，圖12是一個框圖，所述框圖示意性地說明了烹飪裝置的部件。

根據本發明的一種形式，圖13是一個流程圖，所述流程圖示出了烹飪裝置的控制系統的功能。

根據本發明的一種形式，圖14是一個流程圖。

圖15示出了相對於實施例1的理論熱力學曲線的肉中心溫度的溫度曲線。

圖16示出了相對於實施例2的理論熱力學曲線的肉表面溫度的溫度曲線。

圖17示出了相對於實施例3的理論熱力學曲線的肉中心溫度的溫度曲線。

具體實施方式

根據本發明的烹飪裝置的幾個實施方式被說明。所有實施方式均涉及烹飪裝置，所述烹飪裝置包括一對板，在所述板間烹飪食物。至少一個所述的板設有用於烹飪食物的加熱元件。所述烹飪裝置還包括：用於選擇烹飪偏好的用戶界面。

在一個實施方式中，所選擇的烹飪偏好決定可用的烹飪溫度模式(以下稱為「烹飪模式」)以根據用戶的偏好來烹飪食物。

當食物被放置在所述板間時，位於所述烹飪裝置上的測量傳感器和重量傳感器分別測量所述一對板間的距離以及食物的重量，且每個傳感器發送信號到所述裝置內的控制系統(也稱為控制器)。所述控制系統使用任一種或兩種這些信號，根據烹飪偏好和每單位時間傳遞給食物的能量值，計算烹飪食物所需要的能量總值。

烹飪模式也由控制系統決定，或者可由用戶預先選定，這就指定了根據烹飪偏好使用計算的能量總值用於烹飪食物的烹飪溫度或烹飪溫度的範圍。然後，該控制系統控制所述加熱元件烹飪食物以達到期望結果。

根據本發明的一個實施方式，說明在烹飪過程中，在用戶界面上顯示的信息的順序的流程圖如圖1所示。一旦用戶通過按下用戶界面上的開始按鈕開始烹飪過程，所述控制系統在「預熱」步驟加熱所述板以達到由烹飪模式決定的烹飪溫度。在預熱步驟中，當預熱步驟在進行時，所述控制系統確定隨後的「等待」步驟所需的電力。

一旦預熱步驟完成，所述控制系統將供給「等待」步驟確定的電力以保持被加熱的板處於烹飪溫度。在「等待」步驟中，確定隨後的「烹飪」步驟所需的電力。一旦食物被放置在板上，根據烹飪模式，所述「烹飪」步驟通過確保所述板被保持在烹飪溫度開始烹飪食物。

該控制系統還執行一系列的檢查以識別系統中的錯誤並使不良操作條件最小化(見圖3)。

為了烹飪食物，所述控制系統根據烹飪模式計算烹飪食物所需要的總能量(Q)並計算每單位時間(q)必須傳遞給食物的能量，以根據烹飪模式烹飪食物。根據烹飪模式，相對於烹飪食物所需的能量總值，測量每單位時間傳送給食物的能量值。當傳遞到食物內部的能量值等於烹飪食物所需的能量總值時，烹飪過程完成。也就是說，當Q＝qt時，其中t是烹飪時間，出現這種情況。

每單位時間傳遞給食物的能量值可以定期進行監控，並和Q相比較。當計算出的總能量被傳遞給食物時，烹飪過程停止。

可替代地，傳遞總能量(Q)以烹飪食物所用的時間(t)是從每單位時間傳遞的能量值來計算的，以及當達到時間t時，烹飪過程停止。

該控制系統基於測得的食物的重量(M)、食物的比熱容(cp)、為獲得優選的烹飪結果所需的溫度(T2)以及初始食物溫度(T1)，根據烹飪模式使用下式計算烹飪食物所需要的總能量(Q)：

Q＝Mcp(T2-T1)。

食物的比熱容從文獻中估算，例如，從工程工具箱(The Engineering ToolBox)(www.engineeringtoolbox.com)。它也可以是經驗導出或文獻和經驗值的結合。

所需要的溫度可以從文獻中獲得，例如，Green，Aliza，肉類指南(Field Guide to Meat)，2005，和/或根據經驗，通過目測食物。

該控制系統使用下式計算每秒傳遞給食物的能量(q)，其中ΔT頂是每單位時間頂板和食物溫度之間的溫度差，ΔT底是每單位時間底板和食物溫度之間的溫度差以及Rth是食物的熱阻：

q＝ΔT頂Rth+ΔT底Rth，其中，ΔT＝T頂/底板-T食物溫度。

食物溫度是累積的，將增加的溫度增量加到之前的溫度值。

食物的熱阻是使用下式計算的：

Rth＝kA/x

其中，A是所述食物與所述板接觸的表面積，x是所測量的厚度以及k是食物的熱導率。

食物的表面積(A)是使用測量的食物的厚度(x)和重量(M)以及食物的密度(ρ)使用下式計算的：

A＝M/(xρ)。

食物的密度是從文獻估計的。它也可以是經驗導出或文獻和經驗值的結合。

烹飪裝置10的一種形式如圖4和5中所示。

烹飪裝置10包括水平布置的頂板12A和底板12B，其間烹飪食物，其中，每個板設有用於烹飪食物的加熱元件(未示出)。

在另一個實施方式中，所述一對板可以從水平到垂直位置以任意角度調整。

所述一對板的角度可以允許流體，如油或精製油脂(rendering)從食物流出，以減少流體浸泡食物。所述一對板的角度，例如，當以實質上垂直的位置設置時，當烹飪已經完成時，可以允許食物從烹飪裝置中被釋放到位於烹飪裝置下方安置的託盤或支架上。

頂板12A和底板12B通過手柄18相連接，其中，手柄18與所述烹飪裝置10鉸接以打開和關閉板12A和板12B(圖6)。手柄18基本上是『U』型的，其中所述手柄設有握把18A，所述握把18A延伸橫跨裝置10的前方，用戶從那裡握住手柄，並且側臂18B從握把的每側伸出，沿著裝置的側面，以在所述裝置的後面各自返回，並連接到後方鉸鏈13，所述後方鉸鏈13固定在底板12B的後面。後方鉸鏈13設有樞軸點，所述樞軸點允許手柄18上下撬動以打開和閉合烹飪裝置的頂板12A。頂板12A的各面通過中心銷釘22繞手柄18旋轉，所述中心銷釘22在介於握把和後方鉸鏈之間的一點(約中間)安裝在手柄的各側臂上。頂板12A可繞中心銷釘22旋轉，當通過向上撬動手柄18打開所述烹飪裝置時，以使得頂板12A在銷釘22上浮動。這種浮動的效果對調節不均勻形狀的食物並使頂板12A在食物上最大限度的接觸是非常有用的。

所述烹飪裝置10包括重量傳感器13以及用於測量在一對板之間的距離的測量傳感器14。測量傳感器14可以採取許多方式用於測量二者之間的距離，即所述板的間距。例如，測量傳感器可以是使用例如機電裝置(如應變儀)或變壓器或換能器(例如壓電換能器)的位置、角度或位移傳感器。應理解的是所提供的傳感器的實施方式僅是說明性的，並且任何合適類型的傳感器可被併入所述烹飪裝置10。

所述烹飪裝置10還包括以控制面板16的形式的用戶界面820，用於向控制系統870傳輸來自用戶的關於烹飪變量的數據(即，烹飪偏好)。用戶變量用於確定烹飪模式。

所述用戶界面包括顯示裝置830，所述顯示裝置830提供用戶選擇的可視指示，以及用戶輸入裝置840，供用戶輸入關於烹飪變量的數據。

在烹飪過程中，控制系統870接收來自測量傳感器14、重量傳感器13和控制面板16的信號以計算烹飪食物所需的能量總值並計算傳遞給食物的能量值，這反過來，被用於控制在所述一對板上的加熱元件，即確保所述板上的溫度保持在烹飪溫度。

本文所述的烹飪裝置基於烹飪食物所需的能量總值和每單位時間傳遞給食物的能量值自動控制烹飪。這允許食物始終以優選的烹飪結果被烹飪，，而不管食物的厚度或重量。

與此相反，傳統的類似的烹飪裝置依靠用戶對食物的手動檢查和調整來控制烹飪過程。這是耗時的，並且常常不方便用戶，用戶必須根據需要查看並移動烹飪裝置上的食物。

烹飪裝置10考慮了烹飪食物的類型。不同類型的食物，如紅肉、魚和雞在相同溫度下以不同的速率烹飪。由此，使用所述的烹飪裝置，食物烹飪過度或未烹飪好的可能性很低。

在烹飪過程中，烹飪裝置10允許用戶自動操作烹飪過程，而無需用戶照料食物，以製作始終烹飪好的食物。它通過選擇烹飪偏好來實現(即，選擇食物的類型和偏好的烹飪結果)，所述烹飪偏好決定可用於烹飪食物至所需的烹飪結果的烹飪模式。

基於食物的重量和厚度，決定烹飪模式，這反過來又決定了用於烹飪食物的烹飪溫度或烹飪溫度的範圍。該控制系統870計算為實現偏好的烹飪結果烹飪食物所需的總能量以及每單位時間傳遞給食物的能量值。計算的能量值被傳遞給食物以烹飪食物達到所需的烹飪結果。

重量傳感器13是嵌入底板12B內的負荷傳感器。測量傳感器14測量所述一對板之間的距離。在圖4和圖5的實施方式中，測量傳感器14是安裝在底板12B上的超聲波傳感器。所述超聲波傳感器可以安裝在沿底板12B邊緣的任何地方，並與位於頂板12A上的投射部20相對應，所述投射部20反射來自超聲波傳感器的信號。所述超聲波傳感器與已知的超聲波傳感器操作相似，通過信號反射離開位於頂板12A上的投射部20後返回傳感器14所用的時間確定所述一對板之間的距離。

投射部20可位於手柄18上，而不是頂板12A上，由於手柄18與頂板的運動相關聯。因此，當頂板12A與放置在底板12B上的食物相接觸時，位於手柄18上的投射部20的位置被超聲波傳感器使用以計算所述一對板之間的距離。

在烹飪裝置的另一個實施方式中(在圖6中示出)，測量傳感器14是一個角度傳感器，所述角度傳感器位於後方鉸鏈13的樞軸點上，頂板和底板通過後方鉸鏈13可旋轉。當手柄18被槓桿撬開以接收在一對板之間的食物，如牛排時，所述傳感器14在後方鉸鏈上相對於一個參考點，例如沒有食物位於板間時的全封閉位置，測量樞軸的角度。所述一對板之間的距離可通過確定手柄旋轉的角度的相應變化從樞軸的角度計算出。

在圖7所示的實施方式中，測量傳感器14是一種光學位置傳感器，其包括沿所述底板12B的邊緣安裝的遮光部(curtain of light beams)。所述遮光部與阻擋遮蔽件(blocking cover)21相關聯，且所述傳感器基於由阻擋遮蔽件21中斷或遮擋光束的數目測量所述板之間的距離。

阻擋遮蔽件21安裝在頂板12A上，以及當所述一對板的之間的距離減少時，所述阻擋遮蔽件21被布置以中斷或遮擋離散的遮光部。例如，在一不起作用的位置，其中所述頂板12A相對於底板12B處於最大距離，所述光束完全暴露。當所述頂板12A朝向底板12B下降時，阻擋遮蔽件21逐漸覆蓋若干光束，當頂板12A接觸底板12B時以使得所有光束被完全阻斷。傳感器14基於被阻擋遮蔽件21(圖7)遮蓋的光束的數目測量所述一對板之間的距離。

或者，阻擋遮蔽件21可以位於手柄18的側臂上，而不是在頂板12A上。在該實施方式中，當所述頂板12A接觸放置在底板12B上的食物時，手柄18上的阻擋遮蔽件21遮蓋的光束數目被控制器使用以計算所述一對板之間的距離。

在圖8示出的烹飪裝置的實施方式中，測量傳感器14包括滑動銷14A，所述滑動銷14A的一端被安裝到位於底板12B內的印刷電路板上以及另一端可移動地連接到被安裝到手柄18上的導向件23。所述導向件23設有一個槽以接收滑動銷14A，使得當頂板12A朝向底板12B移動時，滑動銷14A沿著軌道14B與兩板之間的距離成比例地移動，以向控制系統發送信號，來測量一對板之間的距離(圖8)。所述滑動銷14A沿著軌道移動的距離，提供了頂板和底板之間分離的指示。

所述烹飪裝置可包括一個以上的測量傳感器。例如，一對測量傳感器可位於一塊板的完全相對的角部。這種布置允許控制系統，基於每個測量傳感器間的距離的平均讀數，確定所述一對板間的平均距離。這可用於確定不平坦食物的厚度。

圖14是根據本發明的一個實施方式的流程圖。

在操作中，用戶使用控制面板16通過選擇設置來選擇烹飪偏好，所述選擇設置如：待烹飪的食物的類型以及對所述食物的偏好烹飪結果。例如，用戶可以通過按下控制面板16(如圖14所示的步驟(A))上的相應按鈕烹飪一塊牛排為「半生熟」。用戶的選擇將被發送到控制系統。

食物被放置在底板12B上，並移動手柄18使牛排和頂板12A相接觸。

頂板12A繞中心銷釘22與手柄18相連接以形成一個自定心的頂板，由此，所述頂板12A隨著食物的輪廓自動旋轉(圖4)。在本實施方式中，在烹飪過程中，所述一對板可是不相對平行的。本實施方式適用於不平坦形狀的食物，如全雞或魚，由此頂板12A的旋轉性質允許頂板12A與食物最大限度地接觸。

在所述烹飪裝置的另一實施方式中，頂板12A通過一個四桿連杆機構與手柄18相連接(圖9)。如在前面的實施方式中，手柄側臂通過後方鉸鏈13連接於底板12B，但頂板12A通過一對短臂19進一步連接於底板12B，所述短臂19以對角線的形式連接所述一對板，以及短臂19平行於所述手柄側臂。如圖9所示，短臂19的一端朝著底板12B的後部連接，另一端連接到頂板12A的前部，以形成所述一對板之間的連接。

無論食物的輪廓如何，這種布置保持頂板12A和底板12B相互平行。本實施方式適用於扁平型的食物，如一塊牛排或魚片，這不需要頂板12A旋轉以保持與食物的最大接觸。

一旦頂板12A通過撬動繞後方鉸鏈13的手柄18接觸食物，所述控制系統使用來自所述重量傳感器13的重量信號和/或來自所述測量傳感器14的測量信號以計算烹飪食物所需的能量總值並確定烹飪模式(圖14中的步驟(B))。或者，該烹飪模式可以由用戶來選擇。

所確定的烹飪模式使用計算出的能量總值通過確定食物被烹飪時的溫度或溫度範圍(圖14步驟(C)的Tc)指定食物是如何，被烹飪的。例如，該食物可以進行(i)短時間的高灼熱溫度(圖14步驟(B)中的烹飪模式(1))，(ii)較長時間的較低灼熱溫度，隨後是恆定低溫「保溫」加熱(圖14步驟(B)中的烹飪模式(2))或(iii)延長期內的低烹飪溫度(圖14步驟(B)中的烹飪模式(3))。每個這些烹飪模式在烹飪過程結束後傳送相同量的能量給食物。在一個替代的實施方式中，步驟(B)和(C)可以同時發生。

然後，將板12A和12B預熱到確定的溫度。當傳遞到食物內的能量值等於烹飪食物所需的能量總值時，烹飪過程完成。

在整個烹飪過程中，所述控制系統870定期將每單位時間傳遞給食物的能量與烹飪食物所需的能量總值相比較(根據所確定的烹飪模式)，以確定烹飪過程何時完成，並另外確定烹飪過程完成的百分比，所述百分比顯示在顯示設備830上。

該控制系統執行各種功能，包括：

(a)基於用戶的選擇和食物的厚度和重量中的至少一個，根據烹飪偏好確定用於烹飪食物的烹飪模式；

(b)開啟加熱元件；

(c)確定由於開啟加熱元件而流逝的時間；

(d)從開啟加熱元件的時候，基於烹飪模式，確定模式所述加熱元件的烹飪溫度；

(e)測量所述加熱元件的溫度；和

(f)基於烹飪溫度以及加熱元件的當前溫度，控制加熱元件以增加或減少輸入電流，從而升高或降低加熱元件的溫度；

(g)基於食物的重量，根據烹飪模式，計算烹飪食物所需的能量總值；

(h)基於食物的重量和一對板之間的距離(即，食物的厚度)，計算每秒傳遞給食物的能量值；和

(i)一旦傳遞給食物的能量等於烹飪食物所需的總能量時，控制加熱元件停止傳遞能量給食物。

圖13示出了一些所述控制系統的上述功能以及控制系統和用戶界面、傳感器和板之間的功能關係。

圖12示出烹飪裝置的部件的物理關係。

溫度傳感器810提供關於板溫度的實時模式以向用戶指示何時將食物放入該裝置。

如上所述，溫度傳感器810可以被嵌入到頂板12A和底板12B的一個或兩個中以確定食物的起始溫度。從所述溫度傳感器810傳到控制系統的信號可以被用於調整烹飪溫度和/或烹飪時間，例如，如果在達到預熱溫度之前將一個食物放在所述板之間。

本烹飪裝置具有通過考慮食物的厚度和重量來控制烹飪過程的能力。這意味著烹飪裝置可以對食物施加更短的烹飪時間以實現期望的烹飪結果，而沒有食物過度烹飪或烹飪不足的風險。

烹飪裝置可以包括其他可選功能以提高可用性或改善烹飪效果。例如，控制面板16可以包括一個存儲器，用於保存參數，例如比熱容值和熱導率值。這些參數可以由用戶輸入。

如圖10所示，烹飪裝置10還可以包括支架24，在烹飪過程完成之後，所述支架24致動以將食物從所述一對板上提起。支架24通過一個向上偏置的彈簧加載的鉸鏈26安裝在底板12B上。在烹飪過程中，食物被放置在支架上，以及使用手柄18降低頂板12A以接觸食物。當頂板接觸食物時，支架24被推動並接觸底板12B。相應地，在烹飪過程中，食物與支架24直接接觸，反過來其又被底板12B加熱。

一旦烹飪完成，手動或自動地移動手柄以將頂板提離食物。沒有頂板對食物的壓力，所述彈簧加載的鉸鏈26將支架24抬離底板12B以允許食物放置在溫暖的位置，但是遠離直接熱量。

在所述烹飪裝置的另一個實施方式中，底板12B包括嵌入式的板壓力傳感器800，所述板壓力傳感器800發送信號給控制系統，以響應所述板上的任何壓力變化。

所述一對板可被控制的移動以響應食物的厚度或高度的變化。例如，在烹飪過程中，從一塊牛排上的水分損失將導致收縮，並因此影響這塊牛排的厚度。結果，牛排可能失去與頂板12A的接觸，這將影響烹飪過程。

此外，基於來自板壓力傳感器800的信號，所述一對板可通過控制系統自動操作以允許所述一對板移動，以響應食物的任何厚度變化，以保持所述板和食物之間的接觸，避免施加過大的壓力。

例如，由牛排收縮引起的來自所述控制系統的對壓力變化的響應，將會降低頂板12A並恢復其與牛排的接觸，但並不施加太大的壓力。

此外，所述板壓力傳感器800還可以檢測是否對牛排施加了過大的壓力。作為響應，控制系統將從牛排上升起頂板12A。

連續監測以及所述一對板隨著牛排的任何厚度變化的移動確保了在烹飪過程中牛排和所述一對板之間的接觸是保持的，並確保了所述塊牛排是始終被烹飪的。因此，所述烹飪裝置在烹飪過程中能夠實時地調整烹飪參數和烹飪功能，以響應來自各種距離、壓力和溫度傳感器的反饋。

如上所述，控制系統可自動操作頂板12A以將頂板升離牛排。於與食物的接觸中移動所述板12A減少了食物過度烹飪的可能性。例如，在圖4至圖9和圖11中，頂板12A可以從食物上升起，以允許食物擱置在底板上。

與如上所述的布置在底板12B上的支架24相組合，在烹飪時間結束時，頂板可被移動以遠離食物，並且同時，所述支架將食物從底板上提升。圖10示出了該實施方式，其中頂板12A從食物上升起，這又反過來使得支架24被升離底板12B，以允許食物擱置。

在烹飪過程結束之後，所述控制系統可以被編程以向用戶傳送音頻和/或視覺信號，以表示烹飪完成。

烹飪裝置可進一步包括分區的烹飪區域，由此一個加熱元件與另一個加熱元件鄰近設置，憑此加熱元件並排設置在兩對板上，以向烹飪裝置的一個區域提供局部加熱。圖11示出了該實施方式。

具體地，圖11示出了加熱元件，設置其以在底板12B上創建可被加熱到不同溫度的區域26A和26B。相應的加熱元件被設置在兩個獨立可移動的頂板12A中，每個頂板12A覆蓋區域26A或26B。區域26A和26B包括獨立的加熱元件，這些加熱元件被局部化以獨立地作用，以基於由單獨的控制面板16控制的不同烹飪模式來加熱相應的區域。這允許基於可以通過單獨的控制面板16編程的不同的預定設置和/或烹飪結果同時烹飪多個食物。

烹飪裝置可以包括諸如殼體的蓋，其在烹飪過程期間覆蓋一對板12A和12B，使得在烹飪過程中諸如油的液體的飛濺減少。所述蓋還允許食物放置在封閉空間中以最小化熱損失。

在另一個實施方式中，在烹飪過程完成後，烹飪好的食物被保持在目標溫度，以避免對擱置步驟的需要(參見實施例3)。有利地，這預防烹飪好的食物在食用之前變冷。

實施例1

類型：牛排

重量：198克

厚度：13mm

目標溫度(T2)：63℃(半生熟)

初始溫度(T1)：17℃

烹飪溫度：190℃

牛肉的熱導率：0.780W/mK

烹飪時間：55秒

牛肉的熱導率根據經驗確定，並考慮到牛肉和所述板的熱導率。

基於用戶選擇的「牛排」和「半生熟」，以約25℃/分鐘的速率升溫，將所述板預熱至190℃。通過將溫度探針插入牛排的中心來測量牛排的中心溫度。

在保持在190℃的板上烹飪牛排55秒(圖15中從約4:20至約5:15)，並靜置80秒以實現所需的烹飪結果(圖15中從約5:15至6:35)。所述烹飪時間是基於將計算的烹飪食物所需的能量總值傳遞給食物所花費的時間。

圖15示出相對於理論熱力學曲線的肉中心溫度的溫度模式，其表明基於所需能量計算，牛排的實際中心溫度滿足63℃的目標溫度。對烹飪好的牛排的目視檢查也證實牛排被烹飪至半生熟。

實施例2

類型：牛排

重量：183克

厚度：15mm

目標溫度(T2)：62℃(半生熟)

初始溫度(T1)：13℃

烹飪溫度：190℃

牛肉的熱導率：0.780W/mK

烹飪時間：65秒。

實驗設置與實施例1相似。圖16示出相對於理論熱力學曲線的肉表面溫度的溫度曲線模式，其表明牛排的實際表面溫度滿足理論熱力學曲線。

在保持在190℃的板上烹飪牛排65秒(圖15中從約3:37至約4:42)，並靜置69秒以實現所需的烹飪結果(圖15中從約4:42至5:51)。

實施例3

類型：牛排

重量：194克

厚度：20mm

目標溫度(T2)：90℃(全熟)

初始溫度(T1)：5℃

烹飪溫度：200℃

牛肉的熱導率：0.780W/mK

烹飪時間：90秒。

牛肉的熱導率根據經驗確定，並考慮牛肉和所述板的熱導率。

基於用戶的「牛排」和「全熟」的選項，將板預熱至200℃。通過將溫度探針插入到牛排的中心來測量牛排的中心溫度。

在保持在200℃的板上烹飪牛排90秒(圖17中從約0:00至約01:30)。其後，降低所述板的溫度以允許所述牛排保持90℃的目標溫度，而不是從板上移除放置(從約20:00至40:00)。

圖17示出相對於理論熱力學曲線的肉中心溫度的溫度曲線，其表明牛排的實際中心溫度保持在90℃的目標溫度。

本領域技術人員應當理解，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下可以進行許多修改。