專利名稱：混合等離子體生成設(shè)備和方法、以及利用混合等離子體的電加熱烹飪設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及產(chǎn)生等離子體的方法和裝置。特別地，本發(fā)明涉及利用水蒸汽作為 原材料生成氧和氫的復(fù)合等離子體的方法和裝置。本發(fā)明還關(guān)注于利用復(fù)合等離子體產(chǎn) 生裝置所生成的復(fù)合等離子體作為傳遞熱能的介質(zhì)的電熱烹飪裝置。
背景技術(shù)：
由于廚房靠近起居室，所以在大多數(shù)家庭中使用燃?xì)獾募訜嵫b置已經(jīng)廣泛地用 作烹飪裝置。特別是在公寓中，城市燃?xì)庥米骷訜嵫b置的燃料，而用于烹飪的電型加熱 裝置被限制性地使用。當(dāng)燃料燃?xì)馊紵龝r(shí)，燃?xì)庑图訜嵫b置生成大量的氣體。所述氣體在烹飪器具的 外表面周圍形成高速流，因此與自然對流相比大大提高了傳熱率。正因如此，傳熱效率 升高，所以縮短了加熱時(shí)間。管道是供應(yīng)城市燃?xì)馑匦璧?，而鋪設(shè)管道的成本相對較高。盡管燃?xì)庑图訜?裝置具備這些優(yōu)點(diǎn)，但是，如果具有用于加熱水或者房屋等的熱量生成設(shè)施的熱能供應(yīng) 商、或者集中式公共加熱設(shè)施可用，則城市燃?xì)庀牧繒?huì)較低，而配備城市燃?xì)夤?yīng)設(shè) 施的成本會(huì)浪費(fèi)地較高。因?yàn)檫@些原因，有時(shí)由于供應(yīng)商拒絕供應(yīng)城市燃?xì)?，所以在?望使用城市燃?xì)獾木用窈统鞘腥細(xì)夤?yīng)商之間已經(jīng)存在沖突。在城市燃?xì)庵挥糜谂腼兊?情況下，即使在城市燃?xì)夤?yīng)可能時(shí)，確定城市燃?xì)赓M(fèi)非常高以彌補(bǔ)對供應(yīng)設(shè)施的投資 也是不可避免的。有時(shí)發(fā)生對這種用戶的實(shí)際供應(yīng)成本是使用用于加熱的用戶的5倍或 更高。盡管如此，使用電加熱組件的典型電烹飪裝置沒有被廣泛使用的原因是它們從 電加熱組件到烹飪器具的低傳熱效率。在傳統(tǒng)的用于烹飪的電加熱裝置中，來自加熱組 件的熱通過輻射或者自然對流被傳遞至烹飪器具，因此烹飪器具的外表面上的傳熱系數(shù) 較低(在每個(gè)剛體的外表面上都有非常薄的氣體層，并且由于自然對流中氣體流體(gas fluid)的速率很低，所以該氣體層飪器具的外表面上的傳熱系數(shù)較低(在每個(gè)剛體的外表 面上都有非常薄的氣體層，并且由于自然對流中氣體流體(gas fluid)的速率很低，所以該 氣體層用作隔熱層)。因此，存在這樣的問題，即對于傳統(tǒng)的電熱烹飪裝置，傳熱效 率低和加熱時(shí)間長。此外，由于從電加熱組件的表面到空氣中的熱輻射率的限制，電加熱組件具有 每單位長度輻射的能量的上限，所以單位面積內(nèi)要鋪設(shè)的電加熱絲在長度上受限。這指 的是瓦特-密度，其在空氣中的典型值是2 4W/cm2。也就是，尺寸是IOcmX IOcm的 電加熱板只能夠生成200 400W范圍的熱。因此，如果將電加熱組件(電加熱絲)安 裝在與傳統(tǒng)的電熱烹飪裝置相同的面積內(nèi)以產(chǎn)生lkW，則電加熱絲生成的熱可能不會(huì)被 充分地輻射到空氣中，從而一部分熱可能被累積在金屬絲(wire)中，這導(dǎo)致金屬絲由于 過熱而熔化。
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被稱為“電磁爐(Induction Cooker) ”的采用感應(yīng)電的烹飪裝置已知為一種傳統(tǒng)
的電熱烹飪裝置，但是，由于烹飪器具的下部的材料和形狀的限制，它并沒有被廣泛使用。同時(shí)，已經(jīng)開發(fā)出利用通過電解水獲得的氧和氫的混合氣體的加熱設(shè)備。氫的 燃燒熱如下H2+02 — H20+241518J/mole氫在空氣中燃燒之后，可以如下將該燃燒熱轉(zhuǎn)變?yōu)閷τ谒紵臍怏w體積的能
量密度假設(shè)H2 — 241518/5 = 48304J/mole因此，所燃燒的氣體的可能達(dá)到的最高溫度如下假設(shè)H2 — 1500°C此外，由于電解設(shè)備采用高濃度的堿性水溶液，所以處理材料較嚴(yán)格。阻 止通過電解獲得的混合氣體(氧+氫)的逆火可能是非常困難的，因?yàn)樗谇巴鶡?(combustion nozzle)的途中很容易被點(diǎn)燃。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)目標(biāo)本發(fā)明的一個(gè)目的是提供用于生成可從作為經(jīng)濟(jì)、高效和安全的能源且不生成 污染物的水蒸汽的原材料獲得的氧和氫的復(fù)合等離子體的裝置、以及利用該裝置生成復(fù) 合等離子體的方法。本發(fā)明的另一目的是提供具有遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的燃?xì)饣蛘唠娦图訜岱椒ǖ牧己玫膫?熱效率并且能夠減少加熱時(shí)間的電熱烹飪方法、以及由此的電熱烹飪裝置。本發(fā)明的又一目的是提供利用復(fù)合等離子體的電熱烹飪裝置以及方法，其在具 有電源的加熱器的布置和形狀上相對自由。本發(fā)明的又一目的是提供使用復(fù)合等離子體的電熱烹飪裝置以及方法，其中， 能夠容易地完成例如運(yùn)送、存儲(chǔ)、使用燃料材料和防止逆火等的維護(hù)。本發(fā)明的又一目的是提供能夠被安全使用的電熱烹飪裝置、以及由此的電熱烹 飪方法。本發(fā)明的又一目的是提供能夠降低構(gòu)建和燃料消耗的成本的電熱烹飪裝置、以 及電熱烹飪方法。本發(fā)明的又一目的是提供能夠?qū)h(huán)境污染降到最小的電熱烹飪裝置。技術(shù)解決方案根據(jù)本發(fā)明要實(shí)現(xiàn)上述其目的的一個(gè)方面，提供了一種用于生成復(fù)合等離子體 的裝置，包括至少頂端打開的絕緣管；安裝在絕緣管內(nèi)部的噴嘴(blast nozzle)，用于 將水蒸汽噴(blast)向絕緣管的打開頂端；以及安裝在絕緣管內(nèi)部的放電部件，用于通過 將強(qiáng)能量施加至從噴嘴噴出的水蒸汽上使水蒸汽放電，從而將水蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)闅涞入x子體 和氧等離子體的復(fù)合等離子體。根據(jù)示例性的構(gòu)造，該放電部件包括纏繞在絕緣管周圍并且包圍著從絕緣管 噴出的水蒸汽的線圈；以及電源，用于對線圈供應(yīng)高頻電力，以使水蒸汽中發(fā)生高頻感應(yīng)放電，從而將水蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合等離子體。根據(jù)另一示例性構(gòu)造，放電部件包括布置在絕緣管的不同位置的第一放電電 極和第二放電電極；以及電源，用于對第一放電電極和第二放電電極供應(yīng)DC或者AC電 力，以使被噴出的水蒸汽中發(fā)生電弧放電，其中水蒸汽通過電弧放電而被轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合等 離子體。優(yōu)選的是，用于生成復(fù)合等離子體的裝置還包括稀釋流體供應(yīng)器(dilution fluid supply),用于為絕緣管的內(nèi)部供應(yīng)稀釋流體，以控制復(fù)合等離子體的溫度。通過 它，可以防止復(fù)合等離子體的溫度變得過高。該稀釋流體包括水蒸汽、空氣和水中的至 少任何一種。優(yōu)選的是，用于生成復(fù)合等離子體的裝置還包括蒸發(fā)器，用于利用電力將水 轉(zhuǎn)變?yōu)樗羝⑶覟閲娮焯峁┧羝?。在這種情況下，優(yōu)選的是，該裝置還包括電導(dǎo) 率傳感器，用于測量蒸發(fā)器中的水的電導(dǎo)率；以及控制部件，用于基于電導(dǎo)率傳感器所 測量的信息，控制蒸發(fā)器中的水中包含的電解質(zhì)的濃度以不超過預(yù)定值。根據(jù)示例性構(gòu) 造，該控制部件包括排水器(water drainage)，用于將未蒸發(fā)的濃縮水排出蒸發(fā)器；供 水器(water supply)，用于補(bǔ)充從蒸發(fā)器中排出的水；水位傳感器，用于測量蒸發(fā)器中的 水位；以及控制器，用于基于來自水位傳感器的水位信息，控制從供水器供給的水量。 優(yōu)選地，該蒸發(fā)器以電加熱的方法將水轉(zhuǎn)變?yōu)樗羝?。為了適當(dāng)?shù)乜刂茰囟龋瑑?yōu)選的是，用于生成復(fù)合等離子體的裝置還包括溫度 傳感器，用于測量復(fù)合等離子體的溫度；以及控制部件，用于為了使復(fù)合等離子體的溫 度保持在設(shè)定范圍內(nèi)，基于從溫度傳感器測量的溫度，控制下列項(xiàng)中的至少任何一個(gè) 由放電部件施加在水蒸汽上的電能的強(qiáng)度、從噴嘴噴出的水蒸汽量、和添加至復(fù)合等離 子體的稀釋流體量。同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明要實(shí)現(xiàn)上述其目的的一個(gè)方面，提供了一種電熱烹飪裝置， 包括蒸發(fā)器，用于通過用電能加熱其中的水而生成水蒸汽；噴嘴，用于噴出從蒸發(fā)器 供應(yīng)的水蒸汽；以及安裝在噴嘴周圍的絕緣體中的放電部件，用于通過將強(qiáng)能量施加到 從噴嘴噴出的水蒸汽上而使水蒸汽放電，從而將水蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)闅涞入x子體和氧等離子體 的復(fù)合等離子體，其中復(fù)合等離子體用作用于烹飪器具的能量傳遞介質(zhì)。優(yōu)選的是，該電熱烹飪裝置還包括溫度控制單元，其具有用于將稀釋流體添 加至復(fù)合等離子體以控制復(fù)合等離子體的溫度的稀釋流體供應(yīng)器。此外，還優(yōu)選的是， 該電熱烹飪裝置還包括溫度傳感器，用于測量復(fù)合等離子體的溫度；以及控制單元， 用于基于從溫度傳感器測量的溫度控制溫度控制單元，從而不讓復(fù)合等離子體的溫度超 出預(yù)定的范圍。此處，可使用水、水蒸汽和空氣中的至少任何一種作為稀釋流體。優(yōu)選地，蒸發(fā)器包括用于排出蒸發(fā)器中未蒸發(fā)的濃縮水的排水器。在該情況 下，該電熱烹飪裝置可以還包括供水器，用于補(bǔ)充從蒸發(fā)器排出的水；水位傳感器， 用于測量蒸發(fā)器中的水位；以及控制器，用于基于來自水位傳感器的水位信息控制從供 水器供給的水量。還優(yōu)選的是，該電熱烹飪裝置還包括電導(dǎo)率傳感器，用于測量蒸發(fā)器中水的 電導(dǎo)率；以及控制器，用于基于從電導(dǎo)率傳感器測量的值，控制排水器排出蒸發(fā)器中的 濃縮水，以便不讓蒸發(fā)器中的水中包含的電解質(zhì)的濃度超過預(yù)定值。
在該電熱烹飪裝置中，放電部件的實(shí)施例包括布置在絕緣管的不同位置的第 一放電電極和第二放電電極；以及電源，用于對第一放電電極和第二放電電極供應(yīng)DC 或AC電力，以使被噴出的水蒸汽中發(fā)生電弧放電，其中水蒸汽通過電弧放電而被轉(zhuǎn)變?yōu)?復(fù)合等離子體。放電部件的另一實(shí)施例包括纏繞在絕緣管周圍并且包圍著從絕緣管噴 出的水蒸汽的線圈；以及電源，用于對線圈供應(yīng)高頻電力，以使水蒸汽中發(fā)生高頻感應(yīng) 放電，從而將水蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合等離子體。優(yōu)選地，該電熱烹飪裝置還可以包括定時(shí)器，用于設(shè)置烹飪裝置的允許使用時(shí) 間，以便在烹飪裝置的經(jīng)過的操作時(shí)間超過允許使用時(shí)間時(shí)，自動(dòng)切斷電源。同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明要實(shí)現(xiàn)上述目的的又一方面，提供了一種生成復(fù)合等離子體 的方法，包括步驟通過噴嘴噴出水蒸汽；以及通過將強(qiáng)電力施加至從噴嘴噴出的水蒸 汽上以使水蒸汽放電，將水蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)闅涞入x子體和氧等離子體的復(fù)合等離子體。優(yōu)選地，生成復(fù)合等離子體的方法還可以包括步驟通過將稀釋流體添加至復(fù) 合等離子體，將復(fù)合等離子體的溫度控制在期望的溫度范圍內(nèi)。此處，可以使用從水蒸 汽、水和空氣的組中選擇的任何一個(gè)作為稀釋流體。優(yōu)選的是，生成復(fù)合等離子體的方法還可以包括步驟測量復(fù)合等離子體的溫 度；以及為了使復(fù)合等離子體的溫度保持在設(shè)置范圍內(nèi)，基于所測量的溫度，控制下列 項(xiàng)中的至少任何一個(gè)加至水蒸汽的電能的強(qiáng)度、從噴嘴噴出的水蒸汽量、和添加至復(fù) 合等離子體的稀釋流體量。優(yōu)選地，生成復(fù)合等離子體的方法還可以包括步驟通過電加熱水將水轉(zhuǎn)變?yōu)?水蒸汽，并且供應(yīng)水蒸汽作為用于生成復(fù)合等離子體的原材料。此外，優(yōu)選的是，生成 復(fù)合等離子體的方法還可以包括步驟在加熱蒸發(fā)器中所容納的水的同時(shí)，測量蒸發(fā)器 中水的電導(dǎo)率；以及基于所測量的電導(dǎo)率，控制熱蒸發(fā)器中的水中所包含的電解質(zhì)的濃 度，以便電解質(zhì)的濃度不可超過預(yù)定值。此外，優(yōu)選的是，電解質(zhì)濃度控制步驟可以包 括步驟當(dāng)蒸發(fā)器中的水中包含的電解質(zhì)的濃度超過預(yù)定值時(shí)，將未蒸發(fā)的濃縮水排出 蒸發(fā)器；以及向蒸發(fā)器補(bǔ)充水。還優(yōu)選的是，生成復(fù)合等離子體的方法還可以包括步 驟測量復(fù)合等離子體的溫度，并且切斷用于生成復(fù)合等離子體的電源。有益效果本發(fā)明盡管采用電加熱方法，卻能夠利器具有高溫和相對高的能量密度的復(fù)合 等離子體來提高傳熱效率，并且，雖然利用尺寸縮小的加熱裝置，其也能夠使加熱時(shí)間 縮短。此外，本發(fā)明能夠在利用復(fù)合等離子體的電熱烹飪系統(tǒng)的組件的布置和形狀 (包括電源)的設(shè)計(jì)中，提供相對較大的自由度。本發(fā)明還通過用安全的水來替代例如LPG、LNG和煤油等的相對危險(xiǎn)的燃料， 在燃料的輸送、存儲(chǔ)、使用和抗逆火的管理中提供方便。當(dāng)?shù)卣鸹蚧馂?zāi)發(fā)生時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的電熱烹飪系統(tǒng)比使用城市燃?xì)庾鳛槿剂系?情況更安全，這是因?yàn)楸景l(fā)明能夠幾乎不允許氣體泄漏。此外，如果使用本發(fā)明，則無需分別安裝例如燃?xì)夤艿仍O(shè)施，所以可以降低用 于配置電熱烹飪系統(tǒng)和使用燃料的成本。本發(fā)明能夠通過抑制例如CO或者CO2氣體等有害氣體的生成，使環(huán)境污染減到最小。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例使用復(fù)合等離子體的電熱烹飪裝置的功能構(gòu)造 的框圖；圖2是圖1所示的電熱烹飪裝置中的溫度控制的流程圖；圖3是用于控制蒸發(fā)器中所容納的水中的電解質(zhì)的濃度的流程圖；圖4圖示了圖1所示的噴嘴的示例性構(gòu)造；以及圖5圖示了圖1所示的噴嘴的另一示例性構(gòu)造。
具體實(shí)施例方式在下文中，將參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。如果用于烹飪的加熱裝置使用電作為其能源，則將是非常經(jīng)濟(jì)的，這是由于不 需要額外的錢來安裝電源公用設(shè)施。此外，在其使用期間不出現(xiàn)溫室氣體，而且熱能轉(zhuǎn) 變率也很高。如果可以提高傳熱效率就真是太好了。能夠提高傳熱效率的方法是使高溫流體沿著諸如烹飪器具等的待加熱對象的外 表面高速流動(dòng)。通過這樣做，幾乎不能沿著烹飪器具的外表面形成薄的停滯層，因此提 高了傳熱效率，這是因?yàn)?，停滯層由于其傳熱效率低而用作絕熱層，因此是降低傳熱效 率的主要原因。對于該方法，處于高速流體狀態(tài)的能量傳遞介質(zhì)是必需的。因?yàn)樗羝蛘呖?氣是安全且無污染的，所以其是流體狀態(tài)的介質(zhì)的最合適的材料。(對于作為用于燃燒的 典型氣體的甲烷和丙烷氣體，水蒸汽或者CO2氣體起能量傳遞介質(zhì)的作用。但是CO2是 溫室效應(yīng)的主要原因。)然而，由于水蒸汽或空氣由于其每單位量流體的能量運(yùn)送能力小 而只能傳遞少量的能量，所以水蒸汽或空氣并不適合于用作用于烹飪的加熱源。如果這 些材料被轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子體并用作能量傳遞介質(zhì)，則可以提高傳熱效率。例如，如果將水 蒸汽電解為高溫的復(fù)合等離子體(氫離子和氧離子的等離子體)，并且將該復(fù)合等離子體 用作能量傳遞介質(zhì)，則不管烹飪器具的形狀或材料，都可以實(shí)現(xiàn)較高的傳熱效率。因?yàn)椤皬?fù)合等離子體”的溫度通常超過6000°C，所以使得與烹飪器具接觸的能 量傳遞介質(zhì)的流體的能量密度較高。此外，流體本身直接經(jīng)過烹飪設(shè)備的表面，因此其 提供高的傳熱效率。當(dāng)從水電解獲得的氫和氧的“復(fù)合氣體”燃燒時(shí)，其能量密度較 低，使得火焰的中心處的溫度大約是1000 1500°C。也就是，復(fù)合等離子體的能量密度 是氫和氧的“復(fù)合氣體”的4倍或者更高。能量密度的這種程度高于或者等于城市燃?xì)?或者丙烷氣體的能量密度的程度。即使在縮小加熱設(shè)備的尺寸的情況下，也可以縮短加 熱時(shí)間。本發(fā)明使用諸如復(fù)合等離子體等的高溫流體作為熱源，S卩，用以加熱待加熱對 象的能量傳遞介質(zhì)。水(水蒸汽)用作用于產(chǎn)生復(fù)合等離子體的優(yōu)選的原材料。如果將 電能施加至水，則水被電解為氫和氧，其形成它們的復(fù)合等離子體的環(huán)境。氫等離子體 和氧等離子體的復(fù)合等離子體具有高水平的熱力學(xué)能。在本發(fā)明的烹飪裝置中，它將熱 傳遞給待加熱的對象。復(fù)合等離子體可依賴于生成其的烹飪裝置的結(jié)構(gòu)而具有非常高的
9溫度。在那種情況下，可以構(gòu)造烹飪裝置，以便在將熱傳遞給烹飪器具之前，將用于稀 釋的氣體(不包括水蒸汽或空氣)添加至復(fù)合等離子體中，以將復(fù)合等離子體的溫度降 低到期望的水平。圖1圖示了基于這種基本概念而被配置用于在大氣壓力下產(chǎn)生高溫的“復(fù)合等 離子體”的電熱烹飪裝置100。因?yàn)榕鋫溆袕钠渑懦?discharge)流體的噴嘴，電熱烹飪 裝置100被構(gòu)造以使高溫流體直接與諸如烹飪鍋、風(fēng)扇(fly fan)、牲畜(cattle)等的待加 熱的對象接觸，這使傳熱系數(shù)較大，從而提高了傳熱效率。為此，電熱烹飪裝置100具 有用于產(chǎn)生復(fù)合等離子體并加熱待加熱的對象的等離子體生成單元120。另外，電熱烹飪 裝置100可以包括輸入單元110、感測單元170、溫度控制單元180和控制單元190。首先，將描述等離子體生成單元120。等離子體生成單元120將電能施加至作為 原材料的蒸汽狀態(tài)中的水，以生成用作用于向待加熱的對象傳遞熱能的介質(zhì)的氫和氧的 復(fù)合等離子體。如圖1所示，等離子體生成單元120具有電源130、供水器140、蒸發(fā)器 150和等離子體生成器165。氣體狀態(tài)中的水(即，水蒸汽)是生成復(fù)合等離子體所必需的?？梢詮碾姛崤?飪裝置100的外部供應(yīng)水蒸汽，但是優(yōu)選的是，烹飪裝置100配備有用于將水轉(zhuǎn)變?yōu)樗?汽的水蒸汽生成部件。在圖1中，圖示了水蒸汽生成部件。該水蒸汽生成部件具有蒸發(fā)器150。眾所 周知，有兩種將水轉(zhuǎn)變?yōu)樗羝姆椒ㄒ环N是升高溫度的方法(“加熱方法”)，另一 種是降低壓力的方法(“降壓方法”)。它們中的任何一種都可以應(yīng)用于本發(fā)明，但是 加熱方法比降壓方法更簡單而且更劃算。電加熱方法是加熱方法中簡單的一個(gè)。存在幾 種電加熱方法。例如，適用于本發(fā)明的方法是利用由電流流過的電阻器所生成的焦耳 熱的電阻加熱方法；利用位于AC磁場中的導(dǎo)體中的磁滯損耗或者渦流損耗所生成的熱的 感應(yīng)加熱方法(高頻加熱是此方法的一個(gè)示例)；以及通過利用微波使水分子振動(dòng)而生成 水蒸汽的微波加熱方法。此外，電弧加熱方法、電介質(zhì)加熱方法、紅外線加熱方法、電 子束或激光束加熱方法也適用于本發(fā)明。因?yàn)檫@些方法是眾所周知的，所以此處將不給 出關(guān)于它們的詳細(xì)說明。例如，在電阻加熱法中配置的蒸發(fā)器150中，電阻器被埋在能夠容納約 50-500CC的水的蒸發(fā)器容器154的底部。如果電流流過電阻器，則水被加熱并且被轉(zhuǎn)變 為水蒸汽。蒸發(fā)器容器154與延伸至每個(gè)噴嘴部分160的蒸汽供應(yīng)管155連接。在蒸汽 供應(yīng)管155中，安裝蒸汽排出閥(discharge valve) 152。如果用戶通過輸入單元110將指 令給予控制單元190，以使能夠控制供應(yīng)給每個(gè)噴嘴部分160的水蒸汽的量，則控制單元 190控制蒸汽排出閥152以調(diào)節(jié)供應(yīng)給每個(gè)噴嘴部分160的水蒸汽的量。作為另一個(gè)示 例，如果可以容易地控制供應(yīng)給噴嘴部分160的水蒸汽的量，則可能不需要蒸汽排出閥 152。優(yōu)選地，蒸發(fā)器容器154可以具有水位調(diào)節(jié)器、入口水量控制器和水蒸汽排出量控 制器。通過加熱，水蒸汽容器154中所容納的水被蒸發(fā)為水蒸汽，并且經(jīng)由蒸汽供應(yīng) 管155將所生成的水蒸汽供應(yīng)給每個(gè)噴嘴部分160?？梢栽谡舭l(fā)器150中或在蒸發(fā)器150 外實(shí)施將水蒸發(fā)成水蒸汽所需的電力供應(yīng)。水蒸汽生成部件還可以包括用于穩(wěn)定地對蒸發(fā)器150供應(yīng)所需要的水量的供水器140。因?yàn)樵谂腼冄b置100的操作期間水在蒸發(fā)器150中被連續(xù)消耗，所以需要以其被 減少的量連續(xù)地或者間歇地對蒸發(fā)器150供水。向蒸發(fā)器150供應(yīng)生成水蒸汽所需的水， 這可以由用戶手動(dòng)完成，但是也可通過如下的構(gòu)造來供水，在該構(gòu)造中，單獨(dú)地準(zhǔn)備連 接至蒸發(fā)器容器154的供水器140，并且迫使來自供水器140的水在預(yù)定的壓力(約IkPa 或更大)下被供應(yīng)。例如，供水器140可以連接至諸如水管等的供水設(shè)施(未示出)以 向蒸發(fā)器150供水。如圖1所示，供水器140可以包括安裝在連接至蒸發(fā)器150的給水 管(water feed pipe) 142中的進(jìn)水閥(water feed valve) 141。在這種配置中，如果用戶經(jīng)由 輸入單元110指示控制單元190控制要供應(yīng)給蒸發(fā)器150的水量，則控制單元190將控制 進(jìn)水閥141，并且可以通過閥控制來控制供給給蒸發(fā)器150的水量。在供應(yīng)給蒸發(fā)器150的水中，只有純凈水被蒸發(fā)，而水中的電解質(zhì)被留下而沒 有被蒸發(fā)。因此，蒸發(fā)器150中長時(shí)間的未蒸發(fā)的剩余的水(濃縮水)包含大量的電解 質(zhì)。如果不排出濃縮水，則電解質(zhì)可沉淀在用于電解的電極上、或者在蒸發(fā)器150的表 面上，這可能是導(dǎo)致蒸發(fā)器150的性能下降的原因。因此，優(yōu)選的是，應(yīng)當(dāng)將蒸發(fā)器150 中的至少一部分水以液態(tài)排出，并且與新鮮的水交換以防止電解質(zhì)從水中沉淀。在確定 (控制)要被排出的水量時(shí)，為了調(diào)節(jié)電解質(zhì)的濃度，測量并控制蒸發(fā)器150和/或噴嘴 部分160的電導(dǎo)率(電阻的倒數(shù)值)以不超過預(yù)定的極限值。因?yàn)樗械膶?dǎo)電現(xiàn)象與來 自電解質(zhì)電離的離子的濃度(正常濃度)成正比，所以可以通過控制電導(dǎo)率來調(diào)節(jié)電解質(zhì) 的濃度。通過這樣做，可防止電解質(zhì)在蒸發(fā)器150和/或噴嘴部分160上沉積。原因如下。在蒸發(fā)器150中，在供水量F、所供給的水中電解質(zhì)的濃度CF、蒸 發(fā)的(或者電解的)水量Cv、排出的水量D以及所排出的水中電解質(zhì)的濃度Cd間建立下 列方程。此外，因?yàn)檎舭l(fā)器150中的電解質(zhì)的濃度Cc幾乎均勻而與位置無關(guān)，所以蒸發(fā) 器150中電解質(zhì)的濃度Cc基本上等于排出的水中電解質(zhì)的濃度CD。因此，建立下列質(zhì) 量平衡方程F = V+DF · Q = V · Cv+D · CdCc = CdR = —......(1)
F在上面的方程中，R為排出率(排出的水與所供給的水的比率)。因?yàn)橹挥屑儍羲徽舭l(fā)或者被電解，所以沉淀或電解流中不包含電解質(zhì)。艮口， Cv = 0。因此，上面的方程(1)可以被寫為如下
FCr 二 一 χ Cf
DCc =-xCF……(2)
R根據(jù)方程(2)，蒸發(fā)器150中電解質(zhì)的濃度與排出率成反比。S卩，當(dāng)沒有排出 時(shí)，R = O而Cc無窮大，因此所有的電解質(zhì)都被累積且沉淀在蒸發(fā)器150上。為了抑制蒸發(fā)器150中電解質(zhì)的沉積，優(yōu)選地，水蒸汽生成部件還可以包括排 水器151。排水器151被布置在蒸發(fā)器150的一部分處，以便能夠排出蒸發(fā)器150中所容納的水中未蒸發(fā)的水(濃縮水)。當(dāng)然，需要供水器140來將水送入蒸發(fā)器150，以補(bǔ)充 從蒸發(fā)器150排出的水量，并且這種對給水的控制可以由控制單元190和水位傳感器(下 面所描述的)執(zhí)行。如圖1所示，例如，可以以連接至蒸發(fā)器150的排水管(discharge pipe)的形式構(gòu)成排水器151。優(yōu)選的是，將排水閥(drain valve) 151a安裝在排水管中。 還優(yōu)選的是，排水閥151a可以通過控制單元190控制，以便調(diào)節(jié)蒸發(fā)器150的水中所包 含的電解質(zhì)的濃度。這種配置防止蒸發(fā)器150的水中所包含的電解質(zhì)沉積在電源130的 電極上或者蒸發(fā)器150的內(nèi)部，其中它們的性能將由于電解質(zhì)的沉積而降低。也就是， 水中的電導(dǎo)率與從電解質(zhì)電離的離子的濃度(正常濃度)成正比，于是可以通過控制電導(dǎo) 率來調(diào)節(jié)電解質(zhì)的濃度，如圖3所示。同時(shí)，等離子體生成器165包括一個(gè)或多個(gè)噴嘴部分160。優(yōu)選地，噴嘴部分 160的數(shù)量大約為3個(gè)或者更多個(gè)，并且它們以相等的距離間隔開，以便均勻加熱烹飪器 具的底部。由蒸發(fā)器150供給的水蒸汽通過每個(gè)噴嘴部分160噴出，并且所噴出的蒸汽 被供應(yīng)電能并且被轉(zhuǎn)變?yōu)闅浜脱醯膹?fù)合等離子體。從噴嘴部分160生成的復(fù)合等離子體 是一種高溫流體，并且使噴嘴部分160之上的對象被加熱。特別地，復(fù)合等離子體沿著 諸如烹飪鍋等的待加熱對象的外表面以相對高的速率流出，所以在所述對象的外表面上 不形成絕熱層。沿著剛體表面流動(dòng)的氣體的傳熱系數(shù)h隨著氣體的速率Vg的增加而增加Ch大約 與乂/成正比。對于此，參考下面的方程(3))。
權(quán)利要求
1.一種用于生成復(fù)合等離子體的裝置，包括絕緣管，其至少頂端打開；安裝在所述絕緣管內(nèi)部的噴嘴，用于朝著所述絕緣管的打開的頂端噴出水蒸汽；以及安裝在所述絕緣管內(nèi)部的放電部件，用于通過向從所述噴嘴噴出的水蒸汽施加強(qiáng)能 量而使所述水蒸汽放電，以便將所述水蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)闅涞入x子體和氧等離子體的復(fù)合等離 子體。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述放電部件包括線圈，其纏繞在所述絕緣管 周圍并且包圍著從所述絕緣管噴嘴噴出的水蒸汽；以及電源，用于對所述線圈供應(yīng)高頻 電力，以使所述水蒸汽中發(fā)生高頻感應(yīng)放電，從而將所述水蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)樗鰪?fù)合等離子 體。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述放電部件包括布置在所述絕緣管的不同位 置上的第一放電電極和第二放電電極；以及電源，用于對所述第一放電電極和所述第二 放電電極供應(yīng)DC或AC電力，以使所噴出的水蒸汽中發(fā)生電弧放電，其中所述水蒸汽通 過所述電弧放電被轉(zhuǎn)變?yōu)樗鰪?fù)合等離子體。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括稀釋流體供應(yīng)器，用于對所述絕緣管的內(nèi)部供應(yīng) 稀釋流體，以控制所述復(fù)合等離子體的溫度。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述稀釋流體是從由水蒸汽、空氣和水組成的組中 選擇的至少任何一個(gè)。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括蒸發(fā)器，用于通過電力將水轉(zhuǎn)變?yōu)樗羝?，并?用于對所述噴嘴提供水蒸汽。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述蒸發(fā)器以電加熱的方法將水轉(zhuǎn)變?yōu)樗羝?br> 8.如權(quán)利要求6所述的用于生成復(fù)合等離子體的裝置，還包括電導(dǎo)率傳感器，用 于測量所述蒸發(fā)器中的水的電導(dǎo)率；以及控制部件，用于基于由所述電導(dǎo)率傳感器測量 的信息，將所述蒸發(fā)器中的水中包含的電解質(zhì)的濃度控制為不超過預(yù)定值。
9.如權(quán)利要求8所述的用于生成復(fù)合等離子體的裝置，其中所述控制部件包括排 水器，用于將未蒸發(fā)的濃縮水排出所述蒸發(fā)器；供水器，用于補(bǔ)充從所述蒸發(fā)器排出的 水；水位傳感器，用于測量所述蒸發(fā)器中的水位；以及控制器，用于基于來自所述水位 傳感器的水位信息，控制從所述供水器供給的水量。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括溫度傳感器，用于測量所述復(fù)合等離子體的 溫度；以及控制部件，用于為了使所述復(fù)合等離子體的溫度保持在設(shè)置的范圍內(nèi)，基于 從所述溫度傳感器測量的溫度，控制下列項(xiàng)中的至少任何一個(gè)由所述放電部件施加至 水蒸汽的電能的強(qiáng)度、從所述噴嘴噴出的水蒸汽的量、以及向所述復(fù)合等離子體添加的 稀釋流體的量。
11.一種電熱烹飪裝置，包括蒸發(fā)器，用于通過電能加熱其中的水來生成水蒸汽；噴嘴，用于噴出從所述蒸發(fā)器供應(yīng)的水蒸汽；以及安裝在所述噴嘴的周圍的絕緣體中的放電部件，用于通過向從所述噴嘴噴出的水蒸 汽施加強(qiáng)能量而使水蒸汽放電，以便將所述水蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)闅涞入x子體和氧等離子體的復(fù)合等離子體，其中所述復(fù)合等離子體用作烹飪器具的能量傳遞介質(zhì)。
12.如權(quán)利要求11所述的電熱烹飪裝置，還包括溫度控制單元，其具有稀釋流體供應(yīng) 器，用于向所述復(fù)合等離子體添加稀釋流體以控制所述復(fù)合等離子體的溫度。
13.如權(quán)利要求12所述的電熱烹飪裝置，還包括溫度傳感器，用于測量所述復(fù)合 等離子體的溫度；以及控制單元，用于基于從所述溫度傳感器測量的溫度，控制所述溫 度控制單元，以便不使所述復(fù)合等離子體的溫度超出預(yù)定范圍。
14.如權(quán)利要求12所述的電熱烹飪裝置，其中所述稀釋流體包括水、水蒸汽和空氣中 的至少任何一個(gè)。
15.如權(quán)利要求11所述的電熱烹飪裝置，其中所述蒸發(fā)器包括排水器，用于排出所述 蒸發(fā)器中未蒸發(fā)的濃縮水。
16.如權(quán)利要求11或15所述的電熱烹飪裝置，還包括供水器，用于補(bǔ)充從所述蒸 發(fā)器排出的水；水位傳感器，用于測量所述蒸發(fā)器中的水位；以及控制器，用于基于來 自所述水位傳感器的水位信息，控制從供水器供給的水量。
17.如權(quán)利要求11所述的使用復(fù)合等離子體的電熱烹飪裝置，還包括電導(dǎo)率傳感 器，用于測量所述蒸發(fā)器中的水的電導(dǎo)率；以及控制器，用于基于從所述電導(dǎo)率傳感器 測量的值，控制所述排水器排出所述蒸發(fā)器中的濃縮水，以便不使所述蒸發(fā)器中的水中 包含的電解質(zhì)的濃度超過預(yù)定值。
18.如權(quán)利要求11所述的電熱烹飪裝置，其中所述放電部件包括布置在所述絕緣 管的不同位置上的第一放電電極和第二放電電極；以及電源，用于對所述第一放電電極 和所述第二放電電極供應(yīng)DC或AC電力，以使所噴出的水蒸汽中發(fā)生電弧放電，其中所 述水蒸汽通過所述電弧放電被轉(zhuǎn)變?yōu)樗鰪?fù)合等離子體。
19.如權(quán)利要求11所述的電熱烹飪裝置，其中所述放電部件包括線圈，其纏繞在 所述絕緣管周圍并且包圍著從所述絕緣管噴嘴噴出的水蒸汽；以及電源，用于對所述線 圈供應(yīng)高頻電力，以使所述水蒸汽中發(fā)生高頻感應(yīng)放電，從而將所述水蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)樗?復(fù)合等離子體。
20.如權(quán)利要求11所述的電熱烹飪裝置，還包括定時(shí)器，用于設(shè)置所述烹飪裝置的允 許的使用時(shí)間，以便在所述烹飪裝置的經(jīng)過的操作時(shí)間超過所允許的使用時(shí)間時(shí)，自動(dòng) 切斷電源。
21.如權(quán)利要求11所述的電熱烹飪裝置，還包括溫度傳感器，用于測量所述復(fù)合 等離子體的溫度；以及控制單元，用于在由所述溫度傳感器測量的溫度超過設(shè)定范圍的 情況下，控制以切斷到放電部分的電源。
22.—種生成復(fù)合等離子體的方法，包括步驟通過噴嘴噴出水蒸汽；以及通過向從所述噴嘴噴出的水蒸汽施加強(qiáng)電力使水蒸汽放電，將所述水蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)闅?等離子體和氧等離子體的復(fù)合等離子體。
23.如權(quán)利要求22所述的生成復(fù)合等離子體的方法，還包括步驟通過向所述復(fù)合 等離子體添加稀釋流體，將所述復(fù)合等離子體的溫度控制在期望的溫度范圍內(nèi)。
24.如權(quán)利要求23所述的生成復(fù)合等離子體的方法，其中所述稀釋流體是從由水蒸汽、水和空氣組成的組中選擇的任何一種。
25.如權(quán)利要求24所述的生成復(fù)合等離子體的方法，還包括步驟測量所述復(fù)合等 離子體的溫度；以及為了使所述復(fù)合等離子體的溫度保持在設(shè)置的范圍內(nèi)，基于所測量 的溫度，控制下列項(xiàng)中的至少任何一個(gè)施加至所述水蒸汽的電能的強(qiáng)度、從所述噴嘴 噴出的水蒸汽的量、以及向所述復(fù)合等離子體添加的稀釋流體的量。
26.如權(quán)利要求22所述的生成復(fù)合等離子體的方法，還包括步驟通過電加熱水而 將水轉(zhuǎn)變?yōu)樗羝?，并且供?yīng)水蒸汽作為用于生成所述復(fù)合等離子體的原材料。
27.如權(quán)利要求26所述的生成復(fù)合等離子體的方法，還包括步驟在加熱蒸發(fā)器中 容納的水的同時(shí)，測量所述蒸發(fā)器中的水的電導(dǎo)率；以及基于所測量的電導(dǎo)率控制所述 蒸發(fā)器中的水中包含的電解質(zhì)的濃度，使得所述電解質(zhì)的濃度不超過預(yù)定值。
28.如權(quán)利要求27所述的生成復(fù)合等離子體的方法，其中所述電解質(zhì)濃度控制步驟包 括步驟當(dāng)所述蒸發(fā)器的水中包含的電解質(zhì)的濃度超過預(yù)定值時(shí)，將未蒸發(fā)的濃縮水從 所述蒸發(fā)器排出；以及向所述蒸發(fā)器補(bǔ)充水。
29.如權(quán)利要求22到28中的任何一項(xiàng)所述的生成復(fù)合等離子體的方法，還包括步 驟測量所述復(fù)合等離子體的溫度；以及切斷用于生成所述復(fù)合等離子體的電源。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生成復(fù)合等離子體的裝置和方法，以及使用復(fù)合等離子體的電熱烹飪裝置。該電熱烹飪裝置包括蒸發(fā)部分，其通過電能加熱內(nèi)部存儲(chǔ)的水以生成水蒸汽；噴嘴，其噴出從蒸發(fā)部分提供的水蒸汽；以及放電部分，其被部署在噴嘴周圍的絕緣體處，用于向從所述噴嘴噴出的蒸汽施加強(qiáng)電能，以便使所述水蒸汽放電并將所述水蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)榘涞入x子體和氧等離子體的復(fù)合等離子體，其中該復(fù)合等離子體用作用于烹飪裝置的能量傳遞介質(zhì)。因此，通過在采用電加熱方法的同時(shí)使用具有相對高的能量密度的高溫復(fù)合等離子體，本發(fā)明可以提高傳熱效率，并且甚至對于尺寸縮小的烹飪設(shè)備而縮短了加熱時(shí)間。
文檔編號(hào)H05H1/24GK102017812SQ200980114611
公開日2011年4月13日 申請日期2009年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月3日
發(fā)明者李秉哲 申請人:李秉哲