专利名称:全自动节能压力锅的制作方法
本发明属生活日用品和医用设备。它的应用可使压力锅的操作实现自动化。
家用压力锅以它的温度高、时间省和饭菜有特殊风味等特点，吸引着越来越多的家庭。目前使用的压力锅，通过排放蒸汽来控制温度，以及依靠人工操作的状况急待改进。我们尚未见到国内外有关本发明的生产报导和其它信息。
本发明提出的膜杆传感驱动技术，具有简单、可靠、安全、节能、温度可调、用途广等特点，是家用压力锅实现自动化的经济、实用、适于普及的可行方案。它的出现，将增加压力锅的产品种类并扩展它的使用范围。这些新型炊具的诞生，必然会出现新的烹飪方法，造福于人民。
在膜杆传感驱动技术中，选择适当的材料将上下面加工成曲面形状的膜片。将它置于压力容器内壁，膜片的周边与压力容器内壁密封连接，如图1所示。膜片1的下表面感受压力容器内的压力Pm，上表面通过气孔3感受大气压力Po。固定在膜1中心并与膜垂直的杆2，可将由锅盖4、密封圈5和锅体6组成的压力容器的内部的压力Pm(或温度)变化传至锅外，并转为与膜垂直的机械位移W，在一定条件下这一压力Pm——位移W的转化过程是可重复的。只要膜的尺寸和材料等选择得当，便可以得到足够的位移W和由杆2传出的驱动力f1。因此，这样的膜与杆的组合体既是传感器又是驱动器，它可以直接推动自控系统中的热源开关(电源开关、燃气或燃液阀门)、启停定时器等。在图1中，为了使图面清楚，省去了一些无关紧要的线，以下各图也将做同样处理。
显然，Pm越大，膜片的面积Sm越大，驱动力f1也越大；膜片厚度δ越大，驱动力f1越小。在实际应用中如图2a所示，在膜片1下面加一带有透气孔的底托7做为支撑物，膜片1上面加予施力弹簧8来保证膜片有较高的灵敏度。图2a中的10为膜片上限位器，4为压力锅盖。图2b是图2a的另一种形式，两种形式意义相同。图2b中的7为膜片下限位器，其余编号意义同于图2a。图2a所示的膜杆传感器其受力情况可参考图3，图3给出了上下表面为平面、周边固定的园形膜片的受力状况。下面给出这种受力状况的数学描述。在图3中，f2代表弹簧(图2a.8)作用于膜片上的力，f1′代表热源开关的压力(即膜杆驱动力f1的反作用力)，它们都作用在膜片的上表面，假设它们在半径为b的圆内是均匀分布的。锅内压力Pm作用在膜片的下表面，锅外压力Po作用在膜片的上表面，假设它们分布也是均匀的。fTO表示底托的支撑力，作用在膜片下表面，它仅在膜片贴紧底托时才存在。如果我们取如图3所示的柱座标Z垂直向上，xy平面与膜片中面相重合，原点O取在膜片的中心，那么，在小挠度弯曲的假设下，膜片应遵守下述微分方程(12(1－μ2))/(Eδ3) ( (d2)/(dr2) ＋ (d)/(rdr) )( (d2)/(dr2) ＋ (dw)/(rdr) )＝q (1)其中W为膜片在Z方向的位移，r为距膜片中心的距离，δ为膜片的厚度，E和μ分别为膜片材料的弹性模量和泊松系数，q为膜片承受的分布载荷
其中Pc＝Pm－Po，因为Pm≥Po，所以Pc≥0，并且Pc相当于只作用在膜片的下表面；f＝f1′＋f2；a为膜片的半径。
方程(1)和(2)的边界条件为(W)r＝a＝0，( (dw)/(dr) )r＝a＝0 (3)经计算，可求出方程(1)——(3)的解为W＝ (3(1-μ2)a4Pc)/(16Eδ3) 〔1－ (3F)/(πa2Pc) (1－ (b2)/(a2)＋ (b4)/(3a4) )〕(1－ (r2)/(a2) ) (4)
其中F＝πb2f。
不难看出，W随r的变化为一抛物线。在r＝a(即在周边)处，W＝0；在r＝0(即在中心)处，W达极大值Wmax，Wmax＝ (k1a4Pc)/(δ3) (1－ (3K2F)/(πa2Pc) ) (5)其中系数K1＝3(1－μ2)／16E，仅依赖于膜片材料性能；系数K2＝(1－ (b2)/(a2) ＋ (b4)/(3a4) )，仅依赖于半径b和a之比值，当a＝3K2F/πPc]]>时，Wmax＝0；当a＞3K2F/πPc]]>，Wmax＞0当a＜3K2F/πPc]]>时，由于在膜片下有底托的限制，Wmax也为零。
一般说来，F不是常值而应随Wmax的增加而增加。此时，小挠度弯曲的假定已不满足，求解的问题将变得十分复杂，但是，我们可以通过下述假设进行一些粗略的估算F＝Fo＋K2.Wmax (6)
其中K3为弹簧的弹性系数，Fo为Wmax＝0时的最小作用力。将式(6)代入(5)得到Wmax＝ (K1a4Pc)/(δ3) (1－ (3K2F0)/(πa2Pc) )11+3K1K2K3a2πδ3(7)]]>式(7)右端由三个因子的乘积组成第一项因子(K1a4Pc／δ3)表示不存在作用力F时的解，它与a4成正比，与Pc成正比，与δ3成反比；第二项因子代表由于存在F(但其值不随膜片移动而改变)而引起的修正项；第三项因子表示由于F随膜片移动而变化引起的进一步修正项。
当膜片的上下表面为波纹面时，可根据式(7)给出的定性趋势，通过实验最后确定膜片的各项数据。
全自动压力锅的锅内压力(或温度)随时间的变化过程如图4a所示。图4a的y轴表示压力锅中的压力Pm(或温度)、X轴表示时间T。当经过图4a中的曲线ab段加热(此时膜片工作状况如图4c)后，压力锅内的压力Pm＝P1，P1为最高工作压力，它可以通过图2a、b中的8调节予施力弹簧来实现预先。此时(即图4a中的b)，膜片工作状况如图4d所示，加热器受膜杆位移控制停止工作。经自然冷却后Pm降到P2时即图4a中的C点，膜杆的位移又令加热器重新工作，图4a中b－b″′段曲线是由膜杆传感驱动器加热控制温度的描绘。以上是压力锅密闭时的加热状况，用于100℃以下的压力烹调，欲使压力锅内温度高于100℃，则需利用17打开自动放气阀22，放尽锅内空气。17可在11内温度超过100℃后关闭22(图4a中未画出)。图4b用图4a的同一X轴时间座标，给出了受膜控制的加热器，在额定热负荷(例如为650千卡／小时)下工作的图形。图4a中未将因系统的热惯性对Pm－T曲线的影响绘出，热惯性使实际上的b点高于滞后图中b点(b′～b″′点同理)。
图5给出了全自动压力锅的自控系统方框图，该系统可自动完成按某一指定的时间开始加热(即图4a.0a段)，定时维持予选温度(即图4a.T2段)、切断热源及放气降温，指示器对上述每一过程都有相应指示。图5中11为压力锅，在11上安有膜杆传感驱动器12，如前所述12可将11内的Pm变化转为机械位移去推动开关(或阀门)14。14是在能源18与加热器15中间，14的通或断控制着18是否供给15能源，而15则直接供给11热能。在11上还接有弹簧安全阀21及过压分离接触器20，20是用于当自动控制系统出现故障时，11内Pm超过图4a中的P1一定值时，以气压为动力永久性关闭能源18与加热器15的通路。合盖安全接触器19接在11的上下手柄上，它的作用是只有11的盖和锅体的密封连接在正常位置时，它才接通能源18与加热器15的通路。定时器17是完成图4aT1时间而设置，当17定时结束时(即图4a中a点)接通18与15的通路。使用时通过手动开关启动16开始工作，同时打开图6中的SW1a、b使整个线路开始工作。在图5的12与14之间还并接着定时器13，13用以控制图4a中的T2时间，13的启动是靠12在图4a的b点开始的，T2的长短可通过13选择，当13的T2结束时，即令14断路。同时，可根据需要由13打开接在11上的放气阀22、以便11尽快降温。系统的各部分还接有必要的指示23，它可以是机械式、声响音乐式、彩色发光式，或者是几种形式之间的任意组合。
图6绘出图5自控系统用市电作为能源时的系统线路控制图，图6中的所示编号同于图5，图6中的SWD17为定时器17的电接点开关，而SWD13则是定时器13的电接点开关。SW1a、b是固定于压力锅手柄上由16触发的电源开关。图6中未画出图5中的21、22、23，但实用中皆有。图7a、b分别给出了图5、图6中开关(或阀门)14的结构示意图。图7a中24为开关触杆、25为壳体，26为动接点弹簧片，27为固定通孔两个，28常闭接点片，29常开接点片，30开关接片，26与30点焊处为26的静支点。此开关与普通开关的不同点仅在26的压臂较短，而其动臂相对较长，以适应膜杆在小位移下有效的驱动。这一开关还应有足够的电接点容量。当自控系统采用燃气或燃液作为能源时，图5、图6中的14即为角阀，如图7b所示。图7b中的31为阀杆，32和34组成阀体，33和35是出入气(液)管。膜杆直接驱动31，它的位移实现阀门的开与关。31的位移应大于2mm。35的内尺寸在φ3mm左右。在使用燃气或燃液式加热器时，控制中的点燃是使用小火常燃来实现的，并配以专用的燃气或燃液炉。
传感驱动器的主要技术指标压力灵敏度ΔP(图4a中P1－P2)，驱动力f1，是自控系统的优劣关键，在膜的材质、几何形状确定后，可根据周长比厚度在3×102～6×103之间选择，有多种优良组合方案供各种产品使用。膜片应是由具有一定弹性的无毒材料制造成的防蚀器件。它通常被加工成上下面为曲面形状的薄片，但形状并不限于此。图2a、b中的10与7是保证膜片工作在弹性范围的限位器；图2a、b中的2可选择刚性适当的材料制造，其几何尺寸的选择应能满足自控系统的整体要求。
自动控制系统中的定时器(图5中的17和13)，通常采用机械定时器，与洗衣机、电扇上所用的定时器相似，设有触杆用以锁闭和释放机械式定时器的钟摆来实现定时器的停止等待和开始计时的工作状况转换。定时器的功能还可由电子线路实现，也可以是机械、电子混合式结构。定时器的设计，如定时范围、电接点容量、负载能力、几何尺寸等，应能满足自控系统中的整体要求。
自控系统中的加热器，如采用电热，则电饭锅中加热器可直接使用，市售液体电加热器(俗称热得快)也能满足直接加热液体的自动压力锅使用。
在采用燃气或燃液作热源时，应根据自控系统中的整体需要来设计阀门、加热器、小火常燃、供气(液)管路等。
自控系统中还可以使用电热新技术提供的其他加热形式作为热源。
自动放气阀(图5中的22)其结构示意图见图8。在图8中，36为阀杆，37密封圈，4压力锅盖局部，38密封压簧，39带有放气孔的阀体，40阀杆压簧圈，41定时器凸轮，13机械式定时器局部。图8所示放气阀为密封状况。当定时器的凸轮41按时间转到图8中垂直向下时即将阀杆36下压，此时37随36离开了4，锅内Pm气压经4和39的放气孔排出。另外，还应采取措施预防放气通路堵塞。
在现有家用压力锅产品中，利用锤阀扣在压力锅的排气孔上达到限压控温目的，放掉相数量的泡和蒸汽(占压力锅有效耗能的20％～40％)，这样不仅浪费能源，而且带来令人不安的噪声。尤其是锤阀限压，受锤阀重量局限，其排气孔直径仅在φ4mm左右，这一尺寸由于和颗粒形食品尺寸相当，因而排气孔堵塞事故几率较大。本发明无此不安全因素。还采取了过压分离接触器、合盖安全接触器等措施，大大提高了家用压力锅的安全使用率。
现有压力锅的使用全靠人工操作且锅内温度不便调节。在本发明中，锅内温度不但可方便调节，而且操作过程全部自动化。本发明还为压力锅向更广的温度扩展产品带来可能。它的微型产品，结合向更广温度发展的特点，可以产生新的烹调器具并为烹调带来了新的方法。
膜与杆的组合既是传感器又是驱动器，成为本发明经济、实用、可靠的保证，也是产品的生命力竞争力所在。
实施例1家用自动压力锅图9给出了本发明应用于家用压力锅的实施例结构示意图。其控制原理可见前述与图5、图6。在图9中21弹簧安全阀(图5.21)43手把，12膜杆传感器(图2a或b，图5.12)，9温度调节器(图2.9)，14开关(图5.14、图7a)，17定时器(图5.17、图6.17)，13定时器(图5.13、图6、13)，45上手柄，22自动放气阀(图5.22、图8)，20过压分离接触器(图5.20、图6.20)，4压力锅盖，44开关14的固定支撑，19合盖安全接触器(图5.19、图6.19)，46上下手柄接触器(连接电热器15与控制电路的电接点)，47下手柄，5密封圈，6压力锅，15电加热器(图5.15、图6.15)，48支脚。图5中的指示器23可安放在手柄45上面适当位置，图9中未画出。16即图6.16及图6中SW1a、b也按放在上手柄适当位置。图9省略了控制系统各元器件、部件之间的连接，可参照图5、图6。图9中所用压力锅另部件如下图9中的21、43、45、4、47、5、6、均为市售压力锅的另部件，锅体尺寸可任选。12、9可按图2b或图2a制作，其膜片尺寸为φ65mm，材料选用弹簧铜片，厚度δ在0.2mm左右选择，其剖面形状为一近似正弦曲线。14可根据图7a制作。图2.8为一压簧，其长度和压缩弹力，可根据控制灵敏度的要求等选取。用图9中9(即图2.9)来调节弹簧压膜片的予施力，来达到实现温度控制的目的。44用于固定14与12、4、9的位置。22的制作参见图8。20可根据现有条件选用或改制，但应注意其通气孔直径过小会降低安全系数，一般说来选其通气孔直径大于φ5mm是适宜的。17可用电扇定时器改制，一要增加电接点容量，二要加长时间(可加齿轮)。13用洗衣机定时器改制，应将电接点容量和时间改为符合整体要求。17、13两定时器的触发应能满足整体设计要求。而13和14、22的机械连接应可靠。19、46参照一般机电开关设计，可满足整机要求。15可选用市售电饭锅加热器，其电功率在750W左右即可。48应能保证6、15的紧密连接并能支撑整个锅体。
实施例2家庭多用自动压力锅图10给出了本发明应用于家庭的多用途自动压力锅，其控制部分可参照实施例1。它可用于在压力条件下的蒸、煮、熬、燉，实现对食品、药品高于100℃的自动烹飪。它属于本发明的微型产品，可根据需要得到超过120℃的温度，创造新的烹飪方法。
在图10中，6锅体其直径可在φ8Cm～15Cm之间选择，可用不锈钢制品、铝制品、搪瓷制品等。15加热器为一种单环式电热器，其电功率为200W～500W。加热器与锅盖的密封连接应符合要求。45、47手柄。13、17定时器可根据需要选取，如无必要可省去一只17定时器。50是电热器15的引线。12膜杆传感驱动器(开关14装在其内)。49为衬锅，在进行烹飪时将衬锅放入压力锅内，而将食品、药品等放入49内蒸制。49可以是不锈钢制品、瓷器、搪瓷制品等。衬锅的设置大大增加了压力锅的用途。
实施例3压力自动沸奶器压力自动沸器，根据奶类煮沸特点，设计成一次煮沸后即永久切断热源，稍候即利用锅内的压力将奶从锅底的阀门经流咀压到锅外的杯(碗)中待用。在将沸奶压出前的等候时间利于消毒，另外这段时间避免由于加热器的余热而引起的弊病十分重要。为达此目的，沸奶器的定时器13－a与13略有不同，它有两个触杆(可采用套杆形式)，第一触杆由膜杆传感器在选定压力下触发(即启动定时器)，与此同时膜杆1、2永久性地切断加热器15的供电。这点相应于图4a的b点，所用开关14和图7a不同之处仅在于将原常闭触点开关改为双向开关。利用加热器的余热能够继续使锅内压力升高，但膜片因受到定时器13－a的第二触杆的限位，不得上移。待定时器延迟时间到释放限位触杆，膜片立即上移，带动锅内的弹簧拉杆55，打开阀门52，使奶受蒸汽压Pm经阀门和流咀56流到锅外。图11中，15为电热器，18为市电源，6为锅体，其底部形状为下尖或上凹底以利将底部的奶压出锅外。16电源开关，54是阀门关闭弹簧拉杆，1膜片，2杆，24是开关14的触杆，51是定时器的套筒形双触杆，13－a定时器，53是使阀门具有双稳态工况的限位机构，图11A－A是图11的局部剖视图。图11A－A中57为开关状态限位机构，图11A－A和图11的符号意义相同。图11中的加热器用300W电热器。其余另部件参考前述实施例。
实施例4医用消毒压力锅自动医用压力锅结构示意图见图12。基于消毒特点，将医用压力锅的膜杆传感驱动器置于压力锅底部中央，这样避免控制线路与加热器之间的上下连线。为提高效率将加热器15，从锅底外部密封进入锅内直接加热水。膜片1的厚度可适当加厚些，而膜的面积也应作适当扩大。图12的图面说明如下59为固定支架。58是控制盘(上面有两个定时器控制旋钮及调整温度旋钮)。13、14是定时器和开关。9温度调节器。2杆。1膜片。62手动放气阀。63压力温度表。48支脚。60电源输入插座。50电热器接头。15电热器。61衬锅支架。49衬锅。6压力锅体。43手把。4锅盖。21弹簧安全阀。
自动医用消毒压力锅工作原理及过程可参考前述。
权利要求
1.一种全自动节能压力锅，其特征在于它具有装在内壁的有一定弹性的膜片和与膜片连接的一刚性杆组成的膜杆传感器，压力锅内的压力(温度)变化，通过膜片推动杆传至压力锅外控制热源开关，以达到对压力锅内压力(温度)的控制。
2.根据权利要求
1所述的压力锅，其特征在于膜杆传感器的膜片是由一具有一定弹性的无毒材料，其上下表面被加工成曲面的防蚀膜片，它的周长与厚度之比在3×102～6×103之间。
3.根据权利要求
1所述的压力锅，其特征在于膜杆传感器具有底托(下限位器)、予施力弹簧、弹簧(温度)调节器及上限位器。
4.根据权利要求
1所述的压力锅，其特征在于它的热源开关是一压臂较短、动臂相对较长，且具有足够电接点容量的微动开关；或是一燃气或燃液用的微动阀门。
5.根据权利要求
1所述的压力锅，其特征在于有一过压分离接触器和一合盖安全接触器。
6.一种具有膜杆传感驱动器的压力锅，其特征在于它的自动时间控制系统有一由膜杆传感器触发的定时器和另一被手动触发的定时器所组成。
7.根据权利要求
1所述的压力锅，其特征在于所述的自动时间控制系统有一可被定时器驱动的机械式放气阀。
8.根据权利要求
1、6所述的压力锅，其特征在于有一控制状态指示器；它可以是机械式、声响音乐式、彩色发光式，或者是几种形式的任意组合。
9.一种具有膜杆传感驱动器和自动时间控制系统的压力锅，其特征在于有一利用锅内气压，经由膜片驱动的阀门，将可流动食品经由流咀压出锅外的机械结构。
10.根据权利要求
1、6、9所述的压力锅，其特征在于压力锅内有一衬锅；它可以是不锈钢制品、瓷器、搪瓷制品等。
11.根据权利要求
1所述的压力锅，其特征在于它的膜杆传感器可以装在压力锅的顶部、底部或侧部，以利于不同热源的需要。
专利摘要
本实用新型属生活日用品和医用设备。其特点是安全、节能、不排蒸汽、无噪声。由于实现了加热过程的全自动化，使用起来省时、省事、省心，十分方便。它不仅可用于家庭日常煮饭、烧菜，其微型产品还可用来煮牛奶、熬豆浆、煎中药、煮咖啡。因此，大大扩展了压力锅的功能，提高了它的使用价值。
文档编号A47J27/08GK86201789SQ86201789
公开日1986年12月31日 申请日期1986年4月1日
发明者王永光, 关德相, 李祥云, 李立国 申请人:王永光, 关德相, 李祥云, 李立国导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan