CN103851933B - 用于烤箱的热交换器 - Google Patents

Abstract

一种烤箱，包括具有扁平段的热交换器，该扁平段在传送通过热交换器的烟气与热交换机外围壁之间提供低热阻，以增加热交换器外围壁的加热效率，从而促进增加热空气的温度，该热空气由风扇传送、横穿热交换器外围壁的外表面并且通过烤箱的烹饪空间。

Description

用于烤箱的热交换器

背景技术

本发明涉及商用烤箱、并且尤其涉及用于气体操作的组合蒸汽烤箱的热交换器。

气体操作的商用烤箱——例如组合烤箱和其他气体烤箱——通过在燃烧器管中传送并燃烧气体来产生热量。这产生热的烟气，该热的烟气被引导以流动通过热交换器管、最终流出烤箱、并且该热的烟气通过通风系统被排出。当热的烟气流过热交换器管时，热量从热的烟气传递到热交换器管的材料。风扇吹动空气通过热交换器管、加热该空气，并将加热的空气传送到烤箱的烹饪空间中以烹饪食物。

典型的热交换器管由长度较长的圆管制成，该圆管被弯曲成环形构型，该环形构型被同心地提供在径流式风扇的外侧。使用圆管为烟气提供低的流动阻力并且允许热交换器使用简单的制造技术和设备制造，该设备例如为通常可以将单个圆形管件形成整个环形构型的滚转机和折弯机。

发明内容

本发明提供一种烤箱，该烤箱包括具有扁平管段的热交换器，该扁平管段被设计为改进热交换器的热传递效率。热交换器的扁平管段通过减少烟气与烤箱内部之间通过管壁的平均路径长度而在热的烟气与热交换器的材料之间热交换期间提供低热阻。这即使在管的表面积没有改变的情况下也是一样的。低热阻允许扁平管段更有效率地将热量从烟气传递到风扇驱动的、将会被传送到烹饪空间用于烹饪食物的空气。

特别地，本发明然后提供一种具有烤箱壳体和风扇的烤箱，该烤箱壳体限定烹饪空间，该风扇与烹饪空间连通，用于引导热空气通过烹饪空间。热交换器提供围绕风扇延伸的至少一根管，用于加热由风扇引导通过烹饪空间的热空气。热交换器管包括第一管段和第二管段。该第一管段具有第一通道，该第一通道沿轴线纵向地延伸通过第一管段并且具有横向地横穿并通过第一通道的中间部限定的宽度，该第二管段连接到第一管段并且具有与第一通道连通的第二通道，该第二通道沿着该轴线纵向地延伸通过第二管段并且具有横向地横穿并通过第二通道的中间部限定的宽度。第二管段的宽度小于第一管段的最小宽度，并且第一管段和第二管段具有沿着轴线大致相同的每单位距离的表面积。

因此，本发明的至少一个实施方式的特征是通过使管道扁平而在热交换器的各段中提供热传递的增加。

根据本发明的另一方面，第二管段可以限定扁平部，该扁平部可以提供短轴和长于短轴的长轴，该短轴在第一方向上横穿第二通道的中间部延伸，该长轴在与第一方向不同的第二方向上横穿第二通道的中间部延伸。第二通道的宽度可以由短轴限定并且第二通道的高度可以由长轴限定，由此限定在扁平部内的第二通道可以窄于它的高度。第二通道的长轴的长度至少是第二通道的短轴的长度的大约两倍，由此第二通道可以窄至其高度的大约二分之一。这可以在通道中的烟气与热量能够从烟气传递到的管段的窄壁之间提供相对较小的横向间隔。

因此，本发明的至少一个实施方式的特征是实现在增加热交换效率与限制烟气流过热交换器之间折中。

根据本发明的另一方面，第一管段的第一通道限定环形或圆形的截面周边形状，并且第二管段的第二通道限定非圆形的截面周边形状。该非圆形的截面周边形状可以是扁平圆形形状或大体卵形形状，例如，椭圆形形状。第一管段和第二管段中的每一者可以由圆形管件制成。第二管段的至少部分可以从相应的圆形管件起变扁平，使得第二管段可以限定沿大体共同方向延伸的一对侧壁以及与相应侧壁端部彼此互连的一对弯曲端壁。第二管段的宽度、并且因此延伸通过第二管段的通道可以限定在第二管段的侧壁之间，并且第一管段的通道和第二管段的通道可以具有共同的截面面积。当允许热交换器的不同段具有不同的截面形状同时由单一类型的管材制成时，这可以提供相对较窄且提供较低热阻和较高导热性的管段。

因此，本发明的至少一个实施方式的特征是提供具有不同段且可以由单一类型或相对较少类型的材料制成的热交换器，该不同段具有不同截面周边形状以降低热阻并提高导热性。

根据本发明的另一方面，热交换器可以包括直线区段和弯曲区段，并且第二管段可以布置在热交换器的一个直线区段中。第二管段限定扁平部以及将第一管段连接到第二管段扁平部的过渡部。该过渡部可以在第一方向上从第一管段向第二管段的扁平部向内渐缩，并且可以在第二方向上从第一管段向第二管段的扁平部向外扩大。这可以允许扁平管段通过使直的圆形管件变扁平来形成而无需使管段的端部变扁平，然后将其他扁平的圆形管件的非扁平端焊接或以其他方式连接到圆管的圆形外围壁以构造成整体热交换器。

因此，本发明的至少一个实施方式的特征是提供一种具有模块化区段的热交换器，该模块化区段能够装配成包括具有扁平部的直线区段的整体构型。

根据本发明的另一方面，扁平部被成角度地布置。扁平部可以相对于彼此、相对于烤箱壁、和/或相对于设置在热交换器中的风扇的气体流动方向成角度的对齐。这可以使得扁平部起到能够影响从风扇吹动的空气的流动方向的百叶窗作用。

因此，本发明的至少一个实施方式的特征是提供一种具有扁平部的热交换器，该扁平部布置成增强烤箱中的气流模式。

这些特定的特征和优点仅适用于落在权利要求内的一些实施方式，并因此不限定本发明的范围。

附图说明

图1是烤箱的在局部剖面中示出热交换器的简化立体图；

图2是图1中热交换器的分解示图；

图3是图1中热交换器的正视图；

图4是热交换器在图3中的线4--4处截取的俯视剖视图；

图5是热交换器在图3中的线5--5处截取的右视剖视图；以及

图6是热交换器的扁平部在图4中圆6--6处截取的近景剖视图。

具体实施方式

参照图1，以简化且最概要的方式示出的商用烤箱5适于提供如由控制器（未示出）以已知方式控制的蒸汽和对流空气的烹饪。烤箱5包括限定烹饪空间10的壳体8，该烹饪空间10朝向壳体8的前面开放。烹饪空间10能够通过包括玻璃可视面板的门12接近，通过位于壳体8一竖直侧处的铰链而连接的门12在烹饪操作期间以密封的方式或以其他方式关闭烹饪空间10。在一些实施方式中，可以提供一个用以围绕烹饪空间10开口的衬垫（未示出），该衬垫被门12覆盖。闩锁组件（未示出）允许门12压缩该衬垫并被保持在密封位置或被释放以允许门12打开。门传感器（未示出）——例如，微动开关——可以提供指示门12是否被闩锁组件打开或关闭的信号。对流风扇16定位在壳体8中并且通过穿孔板14（示出为大部分被切除）与烹饪空间10连通，该对流风扇16迫使空气沿径向方向离开风扇16、经过热交换器系统或热源18、并进入到烹饪空间10中，从而提供用于烹饪该烹饪空间10中物品的热量。热交换器系统或热源18包括能够定向成竖直或水平的燃烧器管20，在燃烧器管20中以已知的方式发生气体燃烧以提供热的烟气，该热的烟气被引导通过连接到燃烧器管20一端的热交换器22。热交换器22围绕风扇16双重盘绕并且沿着绕风扇16的大体螺旋路径引导烟气（在文中其他地方作进一步的说明），并且离开连接到管道系统（未示出）的出口管24以排出烟气。

仍然参照图1，热源18进一步提供用于产生蒸汽的热量，该蒸汽通过由阀控制的喷水器26产生，喷水器26通常对风扇16和对流加热元件18邻近风扇16的一部分进行冲击。这种类型的烤箱可以从威斯康辛州梅诺莫尼福尔斯（Menomonee Falls）的阿尔托-沙姆有限公司（Alto-Shaam Inc）购买到，并且这类烤箱大体上在通过参引并入本文的美国专利6,188,045“Combination Oven with Three Stage Water Atomizer（具有三级水雾化器的组合烤箱）”描述。一个或多个热传感器——例如，铂RTD或热电偶元件——可以与烹饪空间10连通以提供指示空间10中温度的电信号。

参照图2，热交换器或热源18可以由不锈钢或其他合适的金属材料制成，热交换器或热源18可以提供成互相连接的管段，该管段可以通过绕管段邻接端的整个外围或管段的其他接合端进行焊接而相互连接以在其间提供流体密封连接。加热元件18从出口管24的接合部和法兰的接合部以悬置的方式支承到壳体8的壁。法兰28设置在燃烧器管20上端处的多段式弯头30的端部处。穿过法兰28和弯头30的通道提供气体铅垂管线通过的经由路径，该路径将气体传送到燃烧器组件和操作性地连接到点火器的电导体，该电导体在燃烧器管20中延伸，如人们所知的。分流器32连接至燃烧器管20的下端，并且具有直径相对较大的圆形形状入口和直径相对较小且具有圆形形状的两个出口，两个出口尺寸彼此相同并且布置成大体上垂直于分流器32的该入口。热交换器22从分流器32延伸并且包括外部环路34和内部环路36。外部环路34和内部环路36中每一者均包括由管制成的一对环，对于外部和内部环路34、36而言分别示出为后环和前环38、40、42和44。

外部和内部环路34、36的后环38、40彼此连接为使得提供连续的环路通道，环路通道限定通过热交换器22的第一流动路径。该第一流动路径从燃烧器管20延伸通过分流器32的后部出口并且连续且顺序地通过外部环路的后环38和内部环路的后环40，然后通过收集器46——连接到出口管24——的后部入口。外部和内部环路34、36的前环42、44彼此连接为使得提供连续的环路通道，该环路通道限定通过热交换器22的第二流动路径。该第二流动路径从燃烧器管20延伸通过分流器32的前部出口并且连续且顺序地通过外部环路的前环42和内部环路的前环44，然后通过收集器46的前部入口，使得第一和第二流动路径并入收集器46中并且相结合的体积通过出口管24被引导出烤箱5。

仍然参照图2，外部环路的后环38和前环42可以通过由一定长度的圆形管材——例如，1-5/8”或1-3/4”外直径的管——制成的管段来提供。外部环路的后环38和前环42中的每一者均包括直线区段48和曲线区段50。如图2和3所示，曲线区段50示出为被弯曲成大约90度以在各对直线区段48之间分别提供圆形拐角。以这种方式，邻近的直线区段48被布置为相对于彼此成大约90度，使得外部环路34在热交换器22外侧提供大体矩形布置。外部环路后环和前环38、42的连接到内部环路后环和前环40、44的端部处的直线区段48基本上短于外部环路34中的其他直线区段48。

再次参照图2，内部环路的后环和前环40、44可以通过由一定长度的可以与外部环路后环和前环38、42具有相同直径的圆形管材——例如，1-5/8”或1-3/4”外直径的管——制成的管段来提供。内部环路的后环和前环40、44中每一者均包括直线区段51和曲线区段54。如图2和图3所示，与外部环路34中的弯曲段类似，内部环路的后环和前环40、44的曲线区段54示出为被弯曲成大约90度，以在各对直线区段51之间提供圆形拐角，使得邻近的直线区段51被布置为相对于彼此成大约90度，从而内部环路36在热交换器22内侧提供比外部环路34更靠近风扇16（图1）的大体矩形布置。

再次参照图2，每个内部环路直线区段51均包括一对管段52和其他管段，该其他管段提供一对过渡部56，该一对过渡部56被布置成纵向对准并且相对于彼此大体相向定向。每个管段52示出为环形横截面或圆形横截面。每个过渡部56均具有第一端和第二端，第一端示出为圆形端58，该圆形端58限定圆形开口并且连接到管段52中的相应一个管段，第二端示出为具有非圆形开口的扁平端60，该扁平端60连接到提供直线区段51扁平部62且在各对过渡部56之间纵向延伸的管段（图2和图3）。以这种方式，每个过渡部56在第一方向上从管段52的圆形周向侧壁向内渐缩。每个过渡部56在示出为大体垂直于第一方向的第二方向上从管段52的圆形周向侧壁向外扩大。过渡部的扁平端60的非圆形开口具有与扁平部62相同的截面周边形状。如图4、图5和图6所示，过渡部的扁平端60的这种圆形开口形状和在成对的过渡部56之间提供的整个扁平部62可以各自由圆形管材件在压机中挤压而使圆形管材件沿横向方向局部坍塌来制造。

现在参照图6，扁平部62的截面周边形状由沿大体共同方向延伸的一对侧壁64和与侧壁64的相应端部相互连接的一对端壁66限定，以共同限定卵形的——例如椭圆形的——周边形状。因此，侧壁64被示出为略微弓形并且关于长轴68——沿着通过扁平部62截面的中心线纵向地延伸、横穿沿纵长方向延伸通过扁平部62的通道70——彼此镜像，并且侧壁64限定通道70和扁平部62的最大宽度。尽管端壁66沿大体相同的方向延伸并且也是弓形的，但比侧壁64具有更大的曲率，并且关于短轴72彼此镜像，该短轴72沿着通过扁平部62的横截面的中心线横向延伸、在大体上垂直于长轴68的方向上横穿通道70。就这一点而言，长轴68的长度对应于通道70的高度，该高度对应于扁平部62的高度。短轴72的长度限定通道70的宽度，该宽度对应于扁平部62的宽度，使得通道70、并且因此扁平段62窄于它们的高度。

仍然参照图6，如图所示，通道70的高度、并且因此扁平部62的高度是其相应宽度的大约两倍。在一个示例性实施方式中，可以理解的是，长轴68的长度、并且因此通道70和扁平部62的高度可以为大约两英寸，而短轴72的长度、并且因此通道70和扁平部62的宽度可以为大约一英寸。在该示例中，在通道70的中间部——靠近长轴68与短轴72的交叉点——与由扁平部62提供的最近的热传导材料之间的最大横向距离将为二分之一英寸，该距离基本上小于在扁平部62未变为扁平而是保持其扁平前的圆形截面形状时的距离，从而通过通道70提供扁平部62的低热阻和高热传导率。这是因为在通道70的整个宽度上相对较窄的间隙在通道70中提供相对较小的空间，对于该空间，在这一方向上气体可以用作绝热体。通过比较扁平部62的卵形截面周边形状与过渡部56扁平端60（图3）的边缘74——与管段52的圆形周向侧壁的内表面对齐（图3），可以在图6中看出，当与通道70和扁平部62的先前圆形截面形状相比较时，其构型更窄和更高。

再次参照图4、图5和图6，扁平部62示出为相对于加热元件18的总体布置成角度地布置，并且因此也相对于烤箱5的壳体8壁成角度地布置（图1）。朝向图4左手侧示出的扁平部62彼此平行但相对于热交换器22的其他部件成角度。朝向图4右手侧示出的扁平部62相对于彼此并且相对于热交换器22的其他部件成角度，使得这种扁平部的长轴（图6）朝向热交换器22的中心部会聚。此外，朝向图4右下侧示出的过渡部56作为内部环路前环44的部分包括弯曲部，使得在从上方观察时相对应的管段52相对于内部环路前环44的相应扁平段52成角度。在这种布置中，在图4右手侧的截面中示出的向上延伸的扁平部62间隔开距燃烧器管10同一距离的正负大约5%。

朝向图5右手侧示出的扁平部62彼此平行但是相对于热交换器22的其他部件成角度。朝向图5左手侧示出的扁平部62相对于彼此并且相对于热交换器22的其他部件成角度，使得这些扁平部62的长轴（图6）向位于热交换器外侧的点会聚。扁平部62的成角度的布置允许扁平部62起到能够影响烹饪空气流动方向或流动模式的百叶窗作用，以在进入烹饪空间10之前获得热量，该烹饪空气由风扇16移动而横穿热交换器22。

以这种方式，由于热交换器22的部件能够由相同尺寸和类型的金属管制成，其中的一些部件或部分可以被压平以提供非圆形截面周边形状，热交换器22可以提供具有不同最小宽度、不同最大宽度、和/或不同截面周边形状的第一和第二管段，即使在第一和第二管段具有沿着各自纵向轴线大致相同的每单位距离的表面积的情况下。例如，第一管段可以由管段52中的一个管段限定并且第二管段可以由扁平部62限定，该扁平部62通过介于中间的过渡部56连接到该管段52。因此，管段52和扁平部62可以提供沿着它们对准的纵向轴线共同的每单位距离的外围壁表面积，尽管它们限定不同的最小宽度、最大宽度和/或横截面周边形状。第一管段或第二管段可以替代性地由过渡部56限定，而第一管段或第二管段中的另一个可以由扁平部62限定。第一和第二管段可以通过圆形端58和扁平端60限定在过渡部56自身内，该圆形端58和扁平端60提供它们的外围壁部分沿着轴线每单位距离的共同表面积，尽管它们具有不同的最小宽度、最大宽度、和截面周边形状。第一和第二管段可以由热交换器22内的部件的部分或其他部件——可以提供它们的外围壁沿着其纵向轴线每单位距离的共同表面积——限定，尽管它们限定不同的最小宽度、最大宽度、以及截面周边形状。这通过减小烟气与烤箱内部之间通过管壁的平均路径长度来提供在热的烟气与热交换器的材料之间热交换期间的低热阻。

某些术语于此仅仅出于参照目的加以使用，并且因此不旨在进行限制。例如，诸如“上”、“下”、“上方”、“下方”、“顺时针”和“逆时针”之类的术语指的是参照其进行说明的附图中的方向。诸如“前”、“后”、“后方”、“底”和“侧”之类的术语描述了部分部件在参照系内始终一致但任意的方位，该参照系通过参照文字部分和描述所讨论部件的相关附图清楚地做出。这些术语可以包括特别是具体提及的词语、其衍生词以及相似含义的词语。同样的，术语“第一”、“第二”以及其他这种指代结构的数字术语并不暗示顺序或次序，除非上下文中清楚地指出。

当介绍本公开和示例性实施方式的元件或特征时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在意味着存在一个或多个这样的元件或特征。术语“包括”、“包含”和“具有”意指包含在内的并且意味着除了那些明确注明的元件或特征之外，可存在另外的元件或特征。还理解到的是，文中描述的方法步骤、过程和操作并不解释为必须要求他们以所述的或所示出的特定顺序施行，除非明确指出按顺序执行。也可以理解的是，可以采用额外的或替代性的步骤。

参照控制器、计算机或处理器、或其等同物进行的说明可以被理解为包括一个或多个包括微处理器、现场可编程门列阵和专用集成电路的计算装置，该专用集成电路能够执行状态感知逻辑、并且能够在独立和/或分布式环境中通讯、并且因此能够被构造成经由有线或无线通信而与其他处理器通讯，其中，这样的一个或多个处理器可以构造成操作可以为相同装置或不同装置的一个或多个处理器控制装置。此外，除非另有说明，参照储存器进行的说明可以包括一个或多个处理器可读的和可访问的储存器元件和/部件，这些储存器元件和/部件能够处于处理器控制装置的内部、处理器控制装置的外部，并经由有线网络或无线网络进行访问。

Claims (15)

1.一种烤箱，包括：

烤箱壳体，所述烤箱壳体限定由烤箱壁包围的烹饪空间；

风扇，所述风扇与所述烹饪空间连通，所述风扇用于引导热空气通过所述烹饪空间；

热交换器，所述热交换器提供围绕所述风扇延伸并环绕所述风扇的至少一根管，所述至少一根管用于加热由所述风扇引导通过所述烹饪空间的所述热空气，所述热交换器的所述管包括：

分流器，所述分流器将所述热交换器的所述管分离成两个大致平行的管，每个管均具有第一管段和第二管段；

所述第一管段具有第一通道，所述第一通道沿着轴线纵向地延伸通过所述第一管段并且具有横向地横穿并通过所述第一通道的中间部限定的宽度，以及

所述第二管段连接到所述第一管段并且具有与所述第一通道连通的第二通道，所述第二通道沿着所述轴线纵向地延伸通过所述第二管段并且限定扁平部，所述扁平部具有由短轴限定的宽度和由长于所述短轴的长轴限定的高度；

其中，所述第一管段和所述第二管段具有沿着所述轴线大致相同的每单位距离的表面积；并且

其中，围绕所述风扇延伸的所述管包括一组串联连接的直线区段和曲线区段，其中，每个相应的直线区段享有纵向地延伸通过所述直线区段的共同轴线，并且其中，所述第二管段布置在所述热交换器的所述直线区段中的一个直线区段内，并且所述第二管段的所述长轴相对于所述烤箱壁倾斜。

2.根据权利要求1所述的烤箱，其中，所述第二通道的宽度小于所述第一通道的宽度，并且其中，所述第二通道的高度大于所述第一通道的高度。

3.根据权利要求2所述的烤箱，其中，所述第二通道的所述长轴的长度至少是所述第二通道的所述短轴的长度的两倍。

4.根据权利要求3所述的烤箱，其中，所述扁平部限定卵形截面形状。

5.根据权利要求1所述的烤箱，其中，所述第一管段的所述第一通道限定圆形截面周边形状并且所述第二管段的所述第二通道限定非圆形截面周边形状。

6.根据权利要求5所述的烤箱，其中，所述第二通道的截面周边形状是扁平圆形形状。

7.根据权利要求5所述的烤箱，其中，所述第二通道限定大体卵形的截面周边形状。

8.根据权利要求7所述的烤箱，其中，所述第一管段和所述第二管段中的每一者均由圆形管件制成，并且其中，所述第二管段的至少部分长度是扁平的，使得所述第二管段限定沿大体上共同方向延伸的一对侧壁以及与所述侧壁的相应端部彼此互连的一对弯曲端壁，并且其中，所述第二管段的最小宽度限定在所述第二管段的所述侧壁之间。

9.根据权利要求8所述的烤箱，其中，所述第一管段的所述第一通道和所述第二管段的所述第二通道具有大致相同的周长。

10.根据权利要求1所述的烤箱，其中，所述第二管段的最小宽度限定在所述第二管段的所述扁平部的一对侧壁之间。

11.根据权利要求1所述的烤箱，其中，所述第一管段和所述第二管段纵向地延伸成彼此相邻并且被布置在所述热交换器的第一直线区段中。

12.根据权利要求1所述的烤箱，其中，所述第二管段的最大宽度轴是平行的。

13.根据权利要求1所述的烤箱，其中，所述第二管段的最大宽度轴是不平行的。

14.一种烤箱，包括：

烤箱壳体，所述烤箱壳体限定由烤箱壁包围的烹饪空间；

风扇，所述风扇与所述烹饪空间连通，所述风扇用于引导热空气通过所述烹饪空间；

热交换器，所述热交换器提供围绕所述风扇延伸并环绕所述风扇的至少一根管，所述至少一根管用于加热由所述风扇引导通过所述烹饪空间的所述热空气，所述热交换器的所述管包括：

分流器，所述分流器将所述热交换器的所述管分离成两个大致平行的管，每个管均具有第一管段和第二管段，

所述第一管段具有第一通道，所述第一通道沿着轴线纵向地延伸通过所述第一管段并且具有横向地横穿并通过所述第一通道的中间部限定的宽度，并且

所述第二管段连接到所述第一管段并且具有与所述第一通道连通的第二通道，所述第二通道沿着所述轴线纵向地延伸通过所述第二管段并且限定扁平部，所述扁平部具有由短轴限定的宽度和由长于所述短轴的长轴限定的高度；

其中，所述第一管段和所述第二管段具有沿着所述轴线大致相同的每单位距离的表面积；并且

其中，围绕所述风扇延伸的所述管包括一组串联连接的直线区段和曲线区段，其中，每个相应的直线区段享有纵向地延伸通过所述直线区段的共同轴线，并且其中，所述第二管段布置在所述热交换器的所述直线区段中的一个直线区段内。

15.根据权利要求14所述的烤箱，其中，所述第二管段的所述长轴相对于所述烤箱壁倾斜。