ES2265521T3 - PROCEDURE TO CONTROL THE ENERGY CONSUMED IN A COOKING OVEN. - Google Patents

Abstract

A control procedure for an oven is suggested according to which during an initial warming-up period of the oven full power is supplied, whereupon energy is supplied by full power pulses at a repetition rate of 0.8 to 1.5 pulses per minute and with a duty cycle in the range 20-28 %.

Description

Procedimiento para controlar la energía consumida en un horno de cocción.Procedure to control the energy consumed in a baking oven.

La invención se refiere a un procedimiento para controlar la energía consumida en un horno de cocción que es cargado con alimento cuando está frío y, subsiguientemente, es calentado a su temperatura de trabajo con toda la potencia y mantenido en dicha temperatura, según la reivindicación 1. Dicho procedimiento es conocido, por ejemplo, por el documento US-A-4 188 528. La invención también se refiere a un circuito eléctrico adaptado para llevar a cabo el procedimiento de la reivindicación 1.The invention relates to a method for control the energy consumed in a cooking oven that is loaded with food when it is cold and subsequently is heated to its working temperature with full power and maintained at said temperature, according to claim 1. Said procedure is known, for example, from the document US-A-4 188 528. The invention also refers to an electrical circuit adapted to carry out the procedure of claim 1.

Generalmente, hay dos maneras en las que se puede usar un horno para guisar y cocer:Generally, there are two ways in which You can use an oven to cook and cook:

1.one.

El horno puede ser precalentado hasta que un termostato tradicional lo desconecte porque se haya alcanzado la temperatura de trabajo establecida para la cavidad, después de lo cual, el alimento es introducido en la cavidad.He oven can be preheated until a traditional thermostat disconnect because the working temperature has been reached established for the cavity, after which, the food is introduced into the cavity.

2.2.

El alimento es introducido en la cavidad fría y se ajusta el termostato para la temperatura deseada en la cavidad.He food is introduced into the cold cavity and the thermostat is adjusted for the desired temperature in the cavity.

Algunos alimentos pueden ser preparados por ambos métodos, otros están limitados a uno u otro. La presente invención se refiere al segundo de estos métodos.Some foods can be prepared by both methods, others are limited to one or the other. The present The invention refers to the second of these methods.

Cuando se compara la energía consumida por varios hornos, se usa una carga estandarizada que simula un alimento, según la norma europea EN 50304.When comparing the energy consumed by several ovens, a standardized load that simulates a food, according to European standard EN 50304.

Se ha encontrado que el uso de termostatos con el propósito de controlar el calor suministrado a la carga en un horno de cocción no optimiza la energía absorbida por la carga. Se ha establecido que la energía suministrada a la cavidad del horno representa una dosis excesiva en comparación con la que se necesita para aumentar suficientemente la temperatura en la carga. Parte de esta energía es emitida a la atmósfera circundante y parte es absorbida por las paredes interiores de la cavidad del horno sin contribuir a la elevación de temperatura en la carga. En un intento de ahorrar energía, preferiblemente, la energía se debe aplicar directamente a la carga. Por razones prácticas ésta no es una opción y, para el propósito de la cocción, el objetivo debe ser, en cambio, reducir la temperatura en la cavidad del horno que, lo más probable, es que dé lugar a un tiempo de cocción más largo, pero que podría proporcionar una reducción del suministro total de energía para una elevación de temperatura dada en la carga. Por consiguiente, existe la necesidad de un procedimiento mejorado de control, posiblemente completado con la apropiada modificación de parámetros de componentes a disposición del diseñador, tales como la potencia nominal de los elementos calefactores, su colocación en la cavidad, la potencia máxima que puede ser extraída de la fuente de suministro de potencia y el nivel de potencia suministrado (en el caso de control analógico o lineal), la anchura de impulso y la altura de impulso (en el caso de control discreto), y la duración total del suministro. Obviamente, al mismo tiempo se debe tener cuidado de que la calidad del alimento no se deteriore, y que la posible desviación de las prácticas tradicionales no sea percibida como sorprendente o desagradable para el usuario del horno.It has been found that the use of thermostats with the purpose of controlling the heat supplied to the load in a Cooking oven does not optimize the energy absorbed by the load. Be has established that the energy supplied to the oven cavity It represents an excessive dose compared to what is needed to sufficiently increase the temperature in the load. Part of this energy is emitted to the surrounding atmosphere and part is absorbed by the interior walls of the oven cavity without contribute to the temperature rise in the load. In an attempt to save energy, preferably, energy should be applied directly to the load. For practical reasons this is not a option and, for the purpose of cooking, the objective should be, in change, reduce the temperature in the oven cavity which, the most it is likely to lead to a longer cooking time, but which could provide a reduction in the total supply of energy for a given temperature rise in the load. By consequently, there is a need for an improved procedure of control, possibly completed with the appropriate modification of component parameters available to the designer, such as the nominal power of the heating elements, their placement in the cavity, the maximum power that can be extracted from the source of power supply and the level of power supplied (in the analog or linear control case), the pulse width and the pulse height (in the case of discrete control), and duration Total supply Obviously, at the same time you must have taking care that the quality of the food does not deteriorate, and that the possible deviation from traditional practices is not perceived as surprising or unpleasant for the oven user.

Generalmente, los procedimientos de control están basados en la medición de la elevación de la temperatura en la cavidad, como una indicación de la energía usada para calentar el alimento, y en un subsiguiente ajuste del suministro de energía para alcanzar una temperatura final sin sobrepasarla. Estos procedimientos son fáciles de ser realizados por el usuario, pero no están optimizados para ahorros de energía. La necesidad de cambiar la potencia nominal de los elementos calefactores y su colocación con relación a la cavidad, es un proceso complejo que es de gran alcance respecto a la planificación de la producción.Generally, control procedures they are based on measuring the temperature rise in the cavity, as an indication of the energy used to heat the food, and in a subsequent adjustment of the energy supply to reach a final temperature without exceeding it. These procedures are easy to be performed by the user, but They are not optimized for energy savings. The need to change the nominal power of the heating elements and their placement in relation to the cavity, it is a complex process that is Powerful with respect to production planning.

Los anteriores objetos se conseguirán según la invención, mediante el uso de un procedimiento según la reivindicación 1 y mediante un circuito eléctrico según la reivindicación 3.The above objects will be achieved according to the invention, by using a method according to the claim 1 and by an electrical circuit according to the claim 3.

La ventaja del uso de la invención es que la energía total consumida en el tratamiento de una carga se reduce de 180 a 250 Wh desde un valor común de alrededor de 1 kWh basado en tecnología de termostatos tradicionales, siendo esta reducción relativamente independiente de las dimensiones de una cavidad de horno doméstico común, de la disposición de los elementos calefactores, y de la temperatura establecida (con tal que esté en el margen de 140-240ºC).The advantage of using the invention is that the Total energy consumed in the treatment of a load is reduced from 180 to 250 Wh from a common value of about 1 kWh based on traditional thermostat technology, this reduction being relatively independent of the dimensions of a cavity of common domestic oven, of the arrangement of the elements heaters, and the set temperature (provided it is in the range of 140-240 ° C).

La invención se describirá a continuación con referencia a los dibujos, en los cuales:The invention will be described below with reference to the drawings, in which:

La Figura 1 muestra un gráfico de potencia/tiem-
po, un gráfico de temperatura/tiempo y un gráfico de energía/tiempo para un proceso de calentamiento en un horno que funciona mediante el uso de un método de control de termostato tradicional;Figure 1 shows a power / time graph
po, a temperature / time graph and an energy / time graph for a furnace heating process that works by using a traditional thermostat control method;

la Figura 2 muestra gráficos similares para el mismo horno que funciona según un procedimiento de control de la invención; yFigure 2 shows similar graphs for the same oven that works according to a control procedure of the invention; Y

la Figura 3 muestra un esquema de circuito para un dispositivo de control mediante el cual se puede llevar a cabo el procedimiento de control según la invención.Figure 3 shows a circuit diagram for a control device by means of which the control procedure according to the invention.

A continuación se describirá la invención en conexión con pruebas efectuadas mediante el uso de un horno doméstico convencional calentado eléctricamente, y mediante el uso de una carga artificial como la definida en la norma europea EN 50304. Dicho brevemente, la carga artificial es un elemento en forma de paralelepípedo rectangular hecho de tierra diatomácea, con las dimensiones de 0,05 m x 0,10 m x 0,20 m que define una carga estándar que simula una carga real, tal como un asado o similar. Para vigilar la elevación de temperatura en la carga, se disponen dos termopares cerca del centro de la carga en forma de paralelepípedo. Mediante el uso de tal disposición se puede efectuar el análisis de pérdidas de energía y los efectos de varios métodos o procedimientos de control.The invention will now be described in connection with tests carried out by using an oven conventional household electrically heated, and by using of an artificial load as defined in the European standard EN 50304. Briefly said, artificial loading is an element in form of rectangular parallelepiped made of diatomaceous earth, with dimensions of 0.05 m x 0.10 m x 0.20 m defining a load standard that simulates a real load, such as a roast or similar. To monitor the temperature rise in the load, they are arranged two thermocouples near the center of the load in the form of parallelepiped. By using such an arrangement you can perform the analysis of energy losses and the effects of various control methods or procedures.

La Figura 1 muestra la evolución de la temperatura en una carga estándar descrita anteriormente, con respecto al tiempo transcurrido desde el comienzo de una prueba en la que el horno es controlado solamente por un termostato tradicional. Se ajusta la temperatura de trabajo del horno y se conecta la potencia, aplicándose toda la potencia hasta que se haya alcanzado la temperatura de trabajo, después de lo cual, la temperatura de trabajo se mantiene por efecto del termostato hasta que la carga haya sido tratada apropiadamente. El gráfico de potencia está indicado por P en el diagrama, que también muestra que inicialmente se conecta la potencia y, después, es regulada por el termostato de una manera conectada/desconectada. Según la prueba en conformidad con la norma EN 50304, se vigila la temperatura de la carga y el valor final será 55ºC. En la Figura 1 se ve que esta temperatura se ha alcanzado después de 45 minutos, y que la energía total suministrada al horno en ese tiempo es alrededor de 909 Wh. También se ve que la energía suministrada durante el periodo inicial, el periodo de calentamiento inicial, hasta que el termostato efectúa la desconexión es alrededor de 540 Wh. El gráfico de temperatura/tiempo está indicado por T_{trad}, y el gráfico de energía/tiempo está indicado por E_{trad}.Figure 1 shows the evolution of the temperature at a standard load described above, with with respect to the time elapsed since the beginning of a test in which the oven is controlled only by a thermostat traditional. The working temperature of the oven is adjusted and connect the power, applying all the power until it has reached the working temperature, after which, the working temperature is maintained by the thermostat until that the load has been treated properly. The graph of power is indicated by P in the diagram, which also shows which initially connects the power and then is regulated by the thermostat in a connected / disconnected manner. According to the test In accordance with EN 50304, the temperature of the load and the final value will be 55 ° C. Figure 1 shows that this temperature has been reached after 45 minutes, and that energy Total supplied to the oven at that time is around 909 Wh. It is also seen that the energy supplied during the period initial, the initial warm-up period, until the thermostat makes the disconnection is about 540 Wh. The graphic of temperature / time is indicated by T_ {trad}, and the graph of energy / time is indicated by E_ {trad}.

Con referencia a la Figura 2, se muestra la evolución de la temperatura para una carga artificial, como la descrita, introducida en el mismo horno que en el ejemplo de la Figura 1, pero mediante el uso de un procedimiento de control según la invención. Según este procedimiento, se aplica toda la potencia (el gráfico de potencia está indicado por P como en la Figura 1) durante un periodo de calentamiento inicial de alrededor de 10 minutos y, después, se regula el suministro de potencia de una manera conectada/desconectada mediante el uso de un regulador de energía y no un termostato de regulación de temperatura. En el diagrama se ve que el tiempo para alcanzar la temperatura establecida de 55ºC en la carga se ha extendido a 64 minutos, pero el consumo de energía, es decir, la energía total suministrada al horno se ha reducido a 717 Wh. También se ve que la energía suministrada al horno durante el periodo inicial de calentamiento se ha reducido a 320 Wh. El gráfico de temperatura/tiempo para la carga está indicado por T_{inv}, y el gráfico de energía/tiempo para el horno se ha indicado por E_{inv}. Por tanto, está muy claro que hay un considerable ahorro en la energía suministrada al horno y, además, una absorción más lenta del calor en la cavidad asegurará que la superficie del alimento, en caso de una carga real, no se sobrecalentará. Se puede observar que las pérdidas al ambiente debidas a la mayor duración del calentamiento están más que compensadas por la manera más eficiente de aplicar la energía.With reference to Figure 2, the temperature evolution for an artificial load, such as described, introduced in the same oven as in the example of the Figure 1, but through the use of a control procedure according to the invention. According to this procedure, all the power is applied (the power graph is indicated by P as in Figure 1) during an initial warm-up period of about 10 minutes and then the power supply of a way connected / disconnected by using a regulator energy and not a temperature regulating thermostat. At diagram shows that the time to reach the temperature set at 55 ° C on the charge has extended to 64 minutes, but energy consumption, that is, the total energy supplied to the oven has been reduced to 717 Wh. It is also seen that the energy supplied to the oven during the initial heating period has reduced to 320 Wh. The temperature / time graph for the load is indicated by T_ {inv}, and the energy / time graph for the oven it has been indicated by E_ {inv}. Therefore, it is very of course there is considerable savings in the energy supplied to the oven and also a slower absorption of heat in the cavity will ensure that the surface of the food, in case of a load real, it will not overheat. It can be seen that losses at ambient due to the longer duration of heating are more than compensated for the most efficient way to apply energy.

La Figura 3 muestra un esquema de circuito para un dispositivo de control proporcionado para llevar a cabo el procedimiento de control según la invención. Como se muestra, un termostato 10 que tiene un contacto 10a está conectado en serie con elementos calefactores 12, 14, a un terminal activo y un terminal de tierra 16, 18 de la red de energía eléctrica. Entre el contacto 10a y los elementos calefactores 12, 14, un primer interruptor 20 de temperatura está conectado en paralelo con un segundo interruptor 22 de temperatura y un regulador 24 de energía que funciona como un temporizador. El primer interruptor 20 de temperatura está normalmente abierto y se cierra a una temperatura del horno de 130ºC, mientras que el segundo interruptor 22 de temperatura está normalmente cerrado y se abre a una temperatura del horno de alrededor de 65ºC. Cuando la temperatura de la cavidad está por debajo de 65ºC se aplica toda la potencia a los calefactores. Cuando la temperatura de la cavidad supera los 130ºC, el suministro de energía a los elementos calefactores es controlado enteramente por el termostato tradicional, porque el contacto 10a del termostato está cerrado. Cuando la temperatura está entre 65ºC y 130ºC, el suministro de potencia es proporcionado por el regulador 24 de energía, que proporciona un ciclo de trabajo establecido, típicamente en el margen del 20-28%. Esto significa que se proporciona toda la potencia a un régimen que está típicamente en el margen de 0,8 a 1,5 impulsos por minuto. Este régimen está ajustado de tal modo que el calor será absorbido por la carga sin crear una temperatura que sea demasiado elevada en la superficie de la carga. Los ajustes de temperatura para los interruptores 20, 22 de temperatura pueden variar dependiendo del diseño de la cavidad del horno.Figure 3 shows a circuit diagram for a control device provided to carry out the control procedure according to the invention. As shown, a thermostat 10 that has a contact 10a is connected in series with heating elements 12, 14, to an active terminal and a terminal Earth 16, 18 of the electric power grid. Between contact 10a and the heating elements 12, 14, a first switch 20 of temperature is connected in parallel with a second switch 22 of temperature and an energy regulator 24 that functions as a timer The first temperature switch 20 is normally open and close at an oven temperature of 130 ° C, while the second temperature switch 22 is normally closed and opens at an oven temperature of around 65 ° C. When the temperature of the cavity is at below 65ºC all power is applied to the heaters. When the cavity temperature exceeds 130 ° C, the supply of energy to the heating elements is controlled entirely by the traditional thermostat, because contact 10a of the thermostat is closed. When the temperature is between 65ºC and 130ºC, the power supply is provided by regulator 24 of energy, which provides an established work cycle, typically in the 20-28% margin. This means that all power is provided to a regime that is typically in the range of 0.8 to 1.5 pulses per minute. This regime is adjusted so that heat will be absorbed by the load without creating a temperature that is too high in the surface of the load. The temperature settings for temperature switches 20, 22 may vary depending on the oven cavity design.

Hay que observar que los gráficos de las Figuras 1 y 2 no muestran ningún resultado más allá de la fase para alcanzar la temperatura deseada en la carga artificial y, por tanto, que no hay resultados para las temperaturas de la cavidad por encima de 130ºC. Sin embargo, la invención está relacionada principalmente con la reducción del suministro de energía durante la fase inicial de un proceso de cocción en un horno y, por consiguiente, durante las subsiguientes fases del proceso de cocción se ha aconsejado el control por termostato tradicional.It should be noted that the graphics in the Figures 1 and 2 do not show any results beyond the phase to reach the desired temperature in the artificial load and therefore not there are results for cavity temperatures above 130 ° C However, the invention is mainly related to the reduction of the energy supply during the initial phase of a cooking process in an oven and, consequently, during subsequent phases of the cooking process have been advised the Traditional thermostat control.

Claims (4)

1. Un procedimiento para controlar la energía consumida en un horno de cocción que es cargado con alimento cuando está frío y, subsiguientemente, es calentado durante un periodo de calentamiento inicial a su temperatura de trabajo con toda la potencia, y durante un periodo subsiguiente en el que la temperatura de trabajo es mantenida por el suministro de toda la potencia con un cierto régimen de repetición, en el que el ciclo de trabajo, durante los periodos subsiguientes, está en el margen entre el 20-28%, y caracterizado porque el periodo de calentamiento inicial se selecciona de tal manera que se suministra una cantidad de energía de 233 a 400 Wh, y porque, durante el subsiguiente periodo de calentamiento, el régimen de repetición está en el margen de 0,8-1,5 impulsos por minuto.1. A procedure to control the energy consumed in a cooking oven that is loaded with food when it is cold and, subsequently, is heated during a period of initial heating to its working temperature with full power, and during a subsequent period in the one that the working temperature is maintained by the supply of all the power with a certain repetition regime, in which the work cycle, during the subsequent periods, is in the range between 20-28%, and characterized in that the Initial heating period is selected such that an amount of energy of 233 to 400 Wh is supplied, and because, during the subsequent heating period, the repetition rate is in the range of 0.8-1.5 pulses per minute. 2. Un procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la energía suministrada durante el periodo de calentamiento inicial está en el margen de 317 a 350 Wh, y porque, durante el subsiguiente periodo de calentamiento, el ciclo de trabajo está en el margen del 22-24%.2. A method according to claim 1, characterized in that the energy supplied during the initial heating period is in the range of 317 to 350 Wh, and because, during the subsequent heating period, the duty cycle is in the range of 22 -24%. 3. Un circuito eléctrico adaptado para llevar a cabo un procedimiento según la reivindicación 1 en un horno que comprende elementos calefactores eléctricos (12, 14), comprendiendo dicho circuito un termostato (10) conectado en serie con los elementos calefactores (12, 14); caracterizado por medios (24) de conmutación temporizada adaptados para proporcionar el deseado ciclo de trabajo y el deseado régimen de repetición, y para anular la acción del termostato (10) durante el subsiguiente periodo de calentamiento.3. An electrical circuit adapted to carry out a method according to claim 1 in an oven comprising electric heating elements (12, 14), said circuit comprising a thermostat (10) connected in series with the heating elements (12, 14) ; characterized by timed switching means (24) adapted to provide the desired duty cycle and the desired repeat rate, and to override the action of the thermostat (10) during the subsequent heating period. 4. Un circuito eléctrico según la reivindicación 3, caracterizado porque los medios(24) de conmutación temporizada son un regulador de energía conectado entre el interruptor (10a) del termostato y los elementos eléctricos (12, 14) en paralelo con un primer interruptor (20) de temperatura, normalmente abierto y que se cierra a una temperatura de alrededor de 130ºC, y en paralelo con un segundo interruptor (22) de temperatura, normalmente cerrado y que se abre a una temperatura de alrededor de 65ºC.An electrical circuit according to claim 3, characterized in that the timed switching means (24) is a power regulator connected between the thermostat switch (10a) and the electrical elements (12, 14) in parallel with a first switch ( 20) of temperature, normally open and that closes at a temperature of about 130 ° C, and in parallel with a second temperature switch (22), normally closed and that opens at a temperature of about 65 ° C.