CN105451567B - 户外炊具和烟熏器及用于其的燃料燃烧器 - Google Patents

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Abstract

一种用于烹饪或烟熏的设备及用于其的燃料燃烧器。在烹饪或烟熏设备和方法中，由燃烧器、由气体焚烧器或由其它手段产生的燃烧产物优选向上输送穿过向上延伸的内流间隙，其至少部分地包绕烹饪或烟熏室。燃烧产物优选然后向下输送穿过烹饪或烟熏室，且然后向上穿过向上延伸的外流间隙，其在内流间隙外且还至少部分地包绕烹饪或烟熏室。

Description

户外炊具和烟熏器及用于其的燃料燃烧器
技术领域
本发明涉及用于户外烹饪和烟熏的设备及方法，以及涉及用于其的以便燃烧炭、木材或其它固体燃料来产生热和烟的燃烧组件。
背景技术
公知的是，市场上出售的大多数户外烤炉、烤架和烟熏器并非足够能量有效。此外，许多户外炊具和烟熏器通常不能在一次使用到下一次或甚至在单次烹饪操作的过程期间提供高度一致的控制水平和性能。户外烤炉或烤架通常还将最佳地适用于在一定温度范围和烹饪速度下烹饪仅某些类型和尺寸的产品。结果，在烹饪不同尺寸或类型(例如，肉、禽肉、蔬菜、准备的菜品等)的产品时或在以不同速度烹饪时，装置的性能将不是期望的。
令人遗憾的是，用于室内烹饪系统的此类问题的解决方案通常并未良好转换至室外应用。例如，历史上，传统的室内气炉或电炉通过将绝热烹饪室内的空气加热至从大约300℉到400℉的温度来操作以便炉内的食品主要由自由对流烹饪。然而，已知这些传统的室内系统非常低效。因此，为了提供改善的热效率和较快的烹饪，电风扇系统加至这些传统室内炉中，以便提高烹饪室内的空气速度，且从而提供足够较高的对流热传递系数。
但是，添加电风扇系统也提高了炉系统的成本和总体复杂性，且因此对于大多数户外炊具不是可行选择。此外，用于操作此类系统的适合的电源通常对于户外应用不可用。另外，较高的对流热趋于使食物变干。
最近，第8,227,728号美国专利中公开了称为"Radiant Tube Broiler（辐射管烘烤机）"的替代类型的户外炊具。在该装置中，烹饪管的外壁由气体或电加热，以便管内的食物主要由从烹饪管发射的和由烹饪管的内壁反射的红外辐射能烹饪。然而，尽管辐射管烘烤机比许多其它户外烹饪系统更有效且也比上文所述的传统室内炉更有效，但特别是在辐射管烘烤机由气体加热操作时并未比对流炉更有效，因为在辐射管烘烤机中产生的热燃烧气体在沿烹饪管的外部向上流动之后立即直接地排放至大气。
除以上外，还存在的需要在于改善的燃烧组件，其可在用于焚烧炭、木材或其它固体燃料的户外烹饪和/或烟熏设备中使用或随这些设备使用。举例来说，目前在本领域中使用的典型的炭燃烧器以构造成使得大量的过量空气向上流过整个炭床。结果，不但必须加热所有的这些过量空气，而且穿过炭叠层的空气流还引起整个叠层点燃且立刻焚烧。因此，对于延长的烹饪和/或烟熏程序，炭必须频繁地被再装载。
因此，现有技术的燃烧器的操作既低效又麻烦。此外，由现有技术的燃烧器产生的热和烟在烹饪和/或烟熏过程期间较大变化，且在很大程度上基本不受控制。当再装载新鲜的炭时，火焰扩散至叠层，直到整个床着火且达到峰值温度。然后，由燃烧器产生的热能和温度稳定地衰减，使得烹饪温度在必须又再装载炭时显著降低。
发明内容
本发明满足了需要且减轻了上文所述的问题。一方面，提供了一种用于烹饪和/或烟熏的本发明的设备。本发明的烹饪和/或烟熏设备具有壳体，其包括：向上延伸的外壁；外壁内的向上延伸的内壁；烹饪和/或烟熏室，其限定在内壁内且在水平面中由向上延伸的内壁至少部分地包绕；外壁与内壁之间的向上延伸的中间壁；第一向上延伸的流间隙，其形成在内壁与中间壁之间；以及第二向上延伸的流间隙，其形成在中间壁与外壁之间。
本发明的烹饪和/或烟熏设备优选还包括定位成将燃烧产物气体输送到第一向上延伸的流间隙的下端部分中的燃料焚烧器组件。此外，第一向上延伸的流间隙具有上端部分，其与烹饪室的上端部分流体连通，以将燃烧气体输送至烹饪室。此外，多个流通道位于烹饪室的下端部分处，其将烹饪室的下端部分置于与第二向上延伸的流间隙的下端部分流体连通，以将燃烧气体输送至第二流间隙。
另一方面，提供了一种用于烹饪或烟熏的设备，包括壳体，其具有：向上延伸的第一壁；第一壁内的向上延伸的内壁；用于烹饪或烟熏的室，其限定在向上延伸的内壁内且在水平面中由向上延伸的内壁至少部分地包绕；向上延伸的第一壁与向上延伸的内壁之间的向上延伸的中间壁；向上延伸的内流间隙，其形成在向上延伸的内壁与向上延伸的中间壁之间，且其在水平面中至少部分地包绕用于烹饪或烟熏的室；向上延伸的外流间隙，其形成在向上延伸的中间壁与向上延伸的第一壁之间，且其在水平面中至少部分地包绕用于烹饪或烟熏的室；以及用于燃烧产物的限定在壳体中的流通路，其中流通路行进穿过向上延伸的内流间隙、用于烹饪或烟熏的室、以及向上延伸的外流间隙。
另一方面，用于烹饪或烟熏的设备优选还包括用于产生燃烧产物的燃料焚烧器组件。燃料焚烧器组件具有与向上延伸的内流间隙的下端部分流体连通的用于燃烧产物的排放口。燃料焚烧器组件优选包括：燃烧室；焚烧器组件的向上延伸的第一壁；焚烧器组件的第一壁内的向上延伸的第二壁，其中向上延伸的第二壁在第二水平面中包绕燃烧室的至少大部分；形成在焚烧器组件的第二壁与第一壁之间的向上延伸的流通道，其中向上延伸的流通道在水平面中包绕燃烧室的至少大部分；燃烧室内的燃料支承元件；将燃烧室置于与向上延伸的流通道流体连通的设置穿过向上延伸的第二壁的多个流孔口；以及用于燃烧产物的限定在燃料焚烧器组件中的输送通路，其中输送通路穿过流孔口从燃烧室行进至向上延伸的流通道中，然后向上穿过向上延伸的流通道，且然后进入设备的壳体的向上延伸的内流间隙的下端部分中。
另一方面，提供了一种用于户外炊具或烟熏器的燃烧器。燃烧器优选具有壳体，其包括：壳体内的燃料燃烧室；向上延伸的第一壁；在水平面中包绕燃料燃烧室的至少大部分的在第一壁内的向上延伸的内壁；以及在水平面中包绕燃料燃烧室的至少大部分的形成在内壁与第一壁之间的向上延伸的流环带。
本发明的燃烧器优选还包括：壳体的下部中的多个空气入口开口；定位在壳体中处于高于、等于或低于空气入口开口的最上方高度的高度处的用于固体燃料的支承炉栅；以及设置穿过内壁的多个燃烧产物气体开口，其定位在高于空气入口开口的高度处，以将燃烧气体从燃烧室输送至向上延伸的流环带的下部中。为了便于支承炉栅下方的折皱纸的焚烧来点燃固体燃料，且为了提供较好的性能，燃料支承炉栅优选定位在壳体中处于或高于空气入口开口的最上方高度。
另一方面，提供了一种用于户外炊具或烟熏器的燃烧器，其优选包括：在其中具有燃料燃烧室的壳体，其中壳体还包括向上延伸的第一壁、在水平面中包绕燃料燃烧室的至少大部分的在第一壁内的向上延伸的内壁，以及在水平面中包绕燃料燃烧室的至少大部分的形成在内壁与第一壁之间的向上延伸的流通道；壳体内的燃料支承元件；将燃料燃烧室置于与向上延伸的流通道流体连通的设置穿过向上延伸的内壁的多个流孔口；以及用于燃烧产物的限定在壳体中的输送流通路，其中输送流通路行进穿过流孔口从燃烧燃烧室进入向上延伸的流通道中，且然后向上穿过向上延伸的流通道。
又一方面，提供了一种烹饪或烟熏食品的方法，包括步骤：(a)将食品置于用于烹饪或烟熏的室中，其中用于烹饪或烟熏的室在水平面中由向上延伸的内壁至少部分地包绕；(b)通过将燃烧产物向上输送穿过形成在向上延伸的内壁与定位在向上延伸的内壁外的向上延伸的第二壁之间的向上延伸的内流间隙来加热向上延伸的内壁，其中向上延伸的内流间隙在水平面中至少部分地包绕用于烹饪或烟熏的室；(c)将燃烧产物从向上延伸的内流间隙的上端部分输送至用于烹饪或烟熏的室的上端部分中；(d)将燃烧产物向下输送穿过用于烹饪或烟熏的室；(e)将燃烧产物从用于烹饪或烟熏的室的下端部分输送至形成在向上延伸的第二壁与定位在向上延伸的第二壁外的向上延伸的第三壁之间的向上延伸的外流间隙的下端部分中，其中向上延伸的外流间隙在水平面中至少部分地包绕用于烹饪或烟熏的室；以及然后(f)将燃烧产物向上输送穿过向上延伸的外流间隙。
本发明的方法优选还包括在步骤(b)之前的步骤：在燃烧室中燃烧燃料以产生燃烧产物，其中燃烧室在第二水平面中由向上延伸的燃烧室内壁至少部分地包绕；将燃烧产物从燃烧室输送至形成在向上延伸的燃烧室内壁与定位在向上延伸的燃烧室内壁外的向上延伸的燃烧室第二壁之间的向上延伸的输送间隙中，向上延伸的输送间隙在第二平面中至少部分地包绕燃烧室；将燃烧产物向上输送穿过向上延伸的输送间隙；以及然后将燃烧产物从向上延伸的输送间隙的上端部分输送至向上延伸的内流间隙的下端部分中。
另一方面，为了提供对流热传递的增大的百分比和/或加强的烧烤，例如，烹饪或烟熏食品的方法可被改变成包括步骤：(a)将食品置于用于烹饪或烟熏的室中，其中用于烹饪或烟熏的室在水平面中由向上延伸的内壁至少部分地包绕；(b)通过将燃烧产物流的第一部分向上输送穿过形成在向上延伸的内壁与定位在向上延伸的内壁外的向上延伸的第二壁之间的向上延伸的内流间隙来加热向上延伸的内壁，其中向上延伸的内流间隙在水平面中至少部分地包绕用于烹饪或烟熏的室；(c)将燃烧产物流的第一部分从向上延伸的内流间隙的上端部分输送至用于烹饪或烟熏的室的上端部分中；(d)将燃烧产物流的第二部分从向上延伸的内流间隙经由设置穿过向上延伸的内壁的多个孔口输送至用于烹饪或烟熏的室中；(e)将燃烧产物流的第一部分和第二部分向下输送穿过用于烹饪或烟熏的室；(f)将燃烧产物流的第一部分和第二部分作为组合燃烧产物流从用于烹饪或烟熏的室的下端部分输送至形成在向上延伸的第二壁与定位在向上延伸的第二壁外的向上延伸的第三壁之间的向上延伸的外流间隙的下端部分中，其中向上延伸的外流间隙在水平面中至少部分地包绕用于烹饪或烟熏的室；以及然后(g)将组合燃烧产物流向上输送穿过向上延伸的外流间隙。
在该改变的方法中，设置穿过向上延伸的内壁的孔口的数目和尺寸将优选使得燃烧产物流的第二部分将基于重量小于或等于燃烧产物流的第一部分。更优选地，燃烧产物流的第二部分将基于重量不大于燃烧产物流的第一部分的一半。孔口可完全围绕或部分围绕用于烹饪或烟熏的室延伸，或可以以任何其它期望的图案设置穿过向上延伸的内壁。
本发明的烹饪和/或烟熏设备和本发明的燃烧器提供优于现有技术的显著利益和优点。例如，本发明的炊具/烟熏器和燃烧器操作成：
将烹饪、烟熏和燃烧过程的能量效率改善至既令人惊讶又意外的程度；
显著地改善烹饪、烟熏和燃烧过程的一致性、控制和质量；
允许固体燃料燃烧器操作达到4到24小时或更久的延长周期而不需要任何再装载、调整或其它介入；
在宽范围的烹饪温度内和在范围从慢烹饪或慢烟熏到快烹饪的宽范围的烹饪速度内提供一致的性能；以及
提供用于烹饪或烟熏显著不同类型(例如，肉、禽肉、鱼、蔬菜装盘等)和显著不同尺寸的食品的一致性能；
在查阅附图时和在阅读下面的具体实施方式时，本发明的其它方面、特征和优点将对于本领域的普通技术人员变得清楚。
附图说明
图1为本发明的烹饪和烟熏设备的实施例2的透视图。本发明的烹饪和烟熏设备2还使用本发明的燃烧器组件5来用于燃烧炭、木材或其它固体燃料。
图2为本发明的烹饪和烟熏设备2的断面透视图。
图3为连同水平偏置烟熏器76使用的本发明的燃烧器组件的替代实施例75的透视图。
图4为本发明的燃烧器组件75和水平偏置烟熏器76的断面透视图。
图5为本发明的烹饪和烟熏设备的替代实施例100的透视图。
图6为本发明的烹饪和烟熏设备100的断面立面视图。
图7为本发明的烹饪和烟熏设备的另一替代实施例150的断面立面透视图。
图8为本发明的烹饪和烟熏设备的另一替代实施例200的立面前视图。
图9为本发明的烹饪和烟熏设备200的断面立面前视图。
具体实施方式
图1和2中示出了由本发明提供的烹饪和烟熏设备的实施例2。本发明的烹饪和烟熏设备2为垂直矩形单元，其包括：在其中具有烹饪和烟熏室10的垂直壳体4，烹饪和烟熏室10具有前开口6；可滑动地附接到壳体4下方的本发明的固体燃料燃烧器组件5；用于烹饪和烟熏室10的前开口6的打开和关闭的铰接垂直门8；可除去地定位在该烹饪和烟熏室10内的多个食物支承架12；以及设在壳体4的底部中的油脂盘14。
烹饪和烟熏室10的壳体4包括：垂直内壁16，其在三侧上包绕矩形烹饪和烟熏室10；定位在内壁16外的垂直外壁18；定位在垂直内壁16与外壁18之间的垂直中间壁20；第一(内)垂直气体流间隙22，其形成在垂直内壁16与中间垂直壁20之间且其在三侧上包绕烹饪和烟熏室10；第二(外)垂直气体流间隙24，其形成在中间垂直壁20与垂直外壁18之间且其也在三侧上包绕烹饪和烟熏室10；用于接收来自燃烧器组件5的热燃烧产物气体且将热燃烧气体输送到第一(内)垂直气体流间隙22的下端中的设在壳体4的底部中的连接流路26；以及多个短流导管25，其定位在烹饪和烟熏室10的下部中且其水平向外延伸穿过内壁16、第一垂直气体流间隙22和壳体4的中间壁20来将烹饪和烟熏室10的下端部分置于与壳体4的第二(外)垂直气体流间隙24的下端部分流体连通。
烹饪和烟熏室壳体4还具有封闭顶部28，其包括：具有设在其中心中的燃烧产物气体排出开口32的顶部外壁30；定位在排出开口32上且与排出开口32间隔开的升高的水平防雨罩34；顶部水平内壁36；定位在顶部水平内壁36与顶部外壁30之间的顶部水平中间壁38；顶部水平气体流通道40，其形成在顶部水平内壁36与顶部水平中间壁38之间且与壳体4的第一垂直气体流间隙22的上端流体连通；形成在顶部水平内壁36中的多个气流开口42，其将顶部水平气体流通道40置于与烹饪和或烟熏室10的上端流体连通；以及上气体排放通路44，其形成在顶部水平中间壁38与顶部外壁30之间且与壳体4的第二垂直气体流间隙24的上端流体连通。
在操作期间，燃烧器组件5中产生的热燃烧产物气体流过烹饪和烟熏室壳体4的底部中的连接流通道26，且然后进入第一(内)垂直气体流间隙22的下端中。当热燃烧产物气体向上流过第一垂直流间隙22时，其加热烹饪和烟熏室壳体4的垂直内壁16的外表面，以便红外辐射能从垂直内壁16的内表面发射到烹饪和烟熏室10中。热燃烧产物气体然后流出第一垂直气体流间隙22的上端且进入顶部水平气体流通道40中。接下来，气体经由顶部水平内壁36中的气流开口42输送至烹饪和烟熏室10的上端中。
随后，燃烧产物气体向下流过烹饪和烟熏室10，其中其接触置于食物架12上的食品。燃烧产物气体然后向外流过位于烹饪和烟熏室10的底部中的流导管25，且进入壳体4的第二(外)垂直气体流间隙24的下端中。当燃烧产物气体然后向上流过第二垂直气体流间隙24时，其升高壳体中间壁20的操作温度。最后，当燃烧产物气体到达第二垂直气体流间隙24的上端时，燃烧产物气体经由上排放通路44和顶部排出开口32排放至大气。
向上穿过第一垂直气体流间隙22、向下穿过烹饪和烟熏室10且然后向上穿过第二垂直气体流间隙24的燃烧产物气流相比于第8,227,728号美国专利的辐射管烘烤机和相比于其它现有技术的系统操作成从燃烧产物气体抽取显著更多的热。这在本发明的设备2中通过以下实现：(a)将燃烧产物气体保持在设备2中显著更长的时间段，以及(b)不但加热包绕烹饪和烟熏室10的垂直内壁16的外表面，而且加热中间壁20且直接接触和加热在烹饪和烟熏室10中的食品。
此外，本发明的烹饪和烟熏设备2的操作热回收和效率通过燃烧产物气体穿过第一垂直气体流间隙22、烹饪和烟熏室10和第二垂直气体流间隙24的向上和向下流通路的有意选择和组合来进一步提高。当热燃烧产物气体向上流过第一垂直气体流间隙22时，其以与向下流过烹饪和烟熏室10内的较冷燃烧气体成经典逆流换热关系行进，因此增大了进入烹饪和烟熏室10中的热的传递。然而，热燃烧产物气体穿过第一(内)垂直气体流间隙22的向上流与行进穿过第二(外)垂直气体流间隙24的较冷燃烧气体的向上流成平行关系，以便热从第一(内)垂直气体流间隙22到第二(外)垂直气体流间隙24的向外传送(即，损失)减少。
此外，穿过本发明的烹饪和烟熏设备2的燃烧气体的延伸的流通路将燃烧器5的空气入口开口48处的背压增大足以提供流入设备2中的过量空气量的有益减少的量。另外，在需要时，进入本发明的烹饪和烟熏设备2中的过量空气流的进一步选择性控制和减少可通过调整设在燃烧空气开口48上的滑动阻尼器50提供。
因此，第8,277,728号美国专利的辐射管烘烤机设备在需要从2.34到4.68kW的能量的低热到高热范围内操作，而相同尺寸的本发明的设备2的低热到高热范围仅需要从0.29kW到1.02kW。
此外，在本发明的系统2中制备的食品比现有技术的户外对流系统中烹饪的食品保持显著更多的水分。这是因为(a)传输至在本发明的设备2中的食品的烹饪能量的大约65%到大约75%将为红外辐射能的形式，(b)由于必须在进入烹饪和烟熏室10之前首先加热垂直内壁16，故本发明的设备2中的燃烧产物气体的温度将在接触食品之前降低至更期望的水平(即，通常从大约200℉到大约600℉的低热到高热烹饪范围)，以及(c)通过减小过量空气量和用于燃烧过程的燃料量两者，在本发明的设备2的烹饪和烟熏室10中实现了温和的低体积对流流态。
本发明的设备2的门8可为实心门，其简单地关闭和密封烹饪和烟熏室10的前开口6。作为备选，门8可为其中具有中间面板的中空结构，中间面板将门8的内部分成：(1)第一(内)垂直流通道，其在关闭时，与燃烧器5和/或壳体4的第一(内)垂直气体流间隙22流体连通，以及(2)第二(外)垂直流通道，其与烹饪和烟熏室10和/或壳体4第二(外)垂直气体流间隙24流体连通。在该备选布置中，烹饪和烟熏室壳体4和门8的垂直气体流间隙在水平面52中大致完全包绕烹饪和烟熏室10。
安装在烹饪和烟熏室10的壳体4下方的本发明的燃烧器组件5为固体燃料燃烧器，其可用于焚烧炭、木材或其它固体燃料。本发明的燃烧器组件5特别适用于焚烧炭且提供类似于气体焚烧器的受控焚烧。
燃烧器组件5包括：垂直矩形壳体56，其分成上燃烧室58和下点火器和灰室60；燃烧室58的底部处的在燃烧器壳体56内的水平燃料格栅62；优选在低于、处于或高于(更优选处于或低于)燃料格栅62的高度处设置穿过燃烧器壳体56的侧壁的多个燃烧空气入口开口48；向上延伸的内燃烧室壁66，其定位在燃烧器壳体56的上部中且在水平面68中包绕上燃烧室58；向上延伸的外燃烧室壁72；向上延伸的燃烧气流环带74，其形成在燃烧室内壁66与燃烧室外壁72之间且其在水平面68中包绕上燃烧室58；多个燃烧气流孔口76，其在高于入口空气开口48的高度处形成穿过燃烧室内壁66且其将燃烧室58的下部置于与燃烧气流环带74的下部流体连通；以及用于使燃烧器组件5在轨道82上向内和向外滑动的手柄84，以用于(a)穿过燃烧器组件5的顶部将炭或其它固体燃料载入燃烧室58中，以及然后(b)使组件5滑回操作位置使得向上延伸的燃烧气流环带74的上端与设在烹饪和烟熏室壳体4的底部中的连接流通道26流体连通。
如果期望，则附加的外壁(未示出)可加到燃烧室58的外壁72外，以形成绝热间隙，其包绕燃烧气流环带74的全部或大部分。
相比于其中空气向上流过炭叠层且引起整个床点燃的迄今用于本行业中的现有技术的炭燃烧器，本发明的燃烧器提供了受控焚烧，其中大致仅燃料格栅62上的底部的0.5到1.5英寸(优选大约一英寸)的燃料层被允许点燃。在本发明的燃烧器5中，上燃烧器58除优选在低于、处于燃料格栅62或在燃料格栅62上不超过一英寸的高度处位于燃烧器58的下部中的流孔口76之外都大致关闭，以便流孔口76上方的燃烧室58中存在的氧不足以允许较高的燃料层点燃。
当燃料的底层焚烧且变成灰时，灰穿过燃料格栅62落下，燃料格栅62优选为丝格栅或其它类型的开放格栅，以便下一后续燃料层向下移动到格栅62上且燃烧。同时，向上穿过包绕上燃烧室58的燃烧器流环带74的很热的燃烧产物气体的流、以及热缺氧燃烧产物气体在燃烧室内的循环，操作成将燃料的上层预热至很高的程度，以便各个后续燃料层在其到达燃料格栅62时准备好焚烧。因此，燃烧过程在整个烹饪和/或烟熏操作中以平稳且大致稳态的方式进行。
如上文所述，本发明的燃烧器可在范围从几分钟到24小时或更久的任何期望长度的整个烹饪和/烟熏过程中提供一致的大致稳态的焚烧，而不必添加或再装载任何附加燃料。用于任何给定操作的由本发明的燃烧器5提供的焚烧时间的长度由置于燃烧室58中的燃料格栅62上的燃料叠层的高度和入口空气开口48的相对开口尺寸确定。同时，由本发明的燃烧器5产生的燃烧产物气体的量和温度由燃料叠层的水平截面面积确定。为了降低本发明的燃烧器5的操作温度，例如可通过提供内部垂直隔板或篮(未示出)来提供可填充至各种高度或保持未填充的较小截面尺寸的一个或多个开放(例如，丝或丝网)隔间来减小燃烧室58内的燃料叠层的水平截面尺寸。
图3和4中示出了连同水平偏置烟熏器91使用的本发明的燃烧器组件的备选实施例90。本发明的燃烧器组件90与上文所述的本发明的燃烧器组件5大致相同，除了本发明的组件90具有圆形截面且具有上侧开口92以便将燃烧气体从燃烧器90的向上延伸的流环带93输送至水平烟熏器91的端部开口94中。
在连同本行业中迄今已知类型的现有技术的炭燃烧器使用时，图3和4中所示类型的水平偏置烟熏器91需要8到12磅的炭来烹饪5到6磅的鸡肉。然而，在使用图3和4中所示的本发明的燃烧器90时，相同大小的鸡肉可在水平偏置的烟熏器91中使用仅大约一磅的炭烹饪。
图5和6中示出了本发明的烹饪和烟熏设备的备选垂直实施例100。本发明的烹饪和烟熏设备100与图1和2中绘出的烹饪和烟熏设备2大致相同，除了(1)本发明的设备100具有圆形截面形状，而非矩形截面，(2)本发明的设备100使用小气体焚烧器组件102，而非炭燃烧器组件，(3)本发明的设备100具有可除去的罩104，而非垂直的前或侧门，(4)本发明的设备100的圆柱形第一(内)和第二(外)垂直气体流间隙106和108在水平面112中完全包绕设备的内部烹饪室110，以及(5)将烹饪室110置于与第二(外)垂直气体流间隙108流体连通的一系列短的向外延伸的流导管115完全包绕烹饪室110的下部。
可除去的罩104为中空的双壁盖，其包括：(a)将罩的内流通道置于与第一垂直气体流间隙106的上端流体连通的具有外周开口116的环绕阵列的水平内流通道(未示出)，以及(b)用于将在盖104的内流通道中接收的燃烧产物气体输送至烹饪和烟熏室110的上端中的在盖104的底壁120中的多个开口(未示出)。燃烧产物气体经由设在第二(外)垂直气体流间隙108的圆形上端上的设备壳体114的顶部中的排出开口122的圆形阵列最终排出至大气。
图7中示出了本发明的烹饪和烟熏设备的另一个备选实施例150。本发明的设备150与本发明的设备100大致相同，除了本发明的设备150的可除去的罩152为三壁盖，其具有(1)与第一(内)垂直气体流间隙156的上端流体连通的第一水平燃烧产物气体流通道154，(2)与第二(外)垂直气体流间隙160的上端流体连通的第二水平燃烧产物气体流通道158，以及(3)用于以类似于图1和2中所示的本发明的设备2的方式从本发明的设备150的上端(即，从第二水平燃烧气体流通道158)排出燃烧产物气体的在盖的顶部中的多个排出开口161。
此外，双壁底部165设在本发明的设备150的圆形烹饪和烟熏室162中，其包括(a)向上突出的圆锥形顶壁164，其引起设备内的热油脂滴流至底部结构165的周缘166，以及(b)底壁168，其与圆锥形的顶壁164的中心部分间隔开以防护顶壁164免受焚烧器火焰，使得防止了顶壁164达到油脂的点火温度。流至底部结构165的周缘166的热油脂从周缘166的未密封的接触表面排到设备150的底部中的油脂盘170上。
图8和9中示出了本发明的烹饪和烟熏组件的另一个备选实施例200。本发明的设备200与图5和6中所示的本发明的设备100大致相同，除了本发明的设备200使用本发明的固体燃料燃烧器组件的圆形实施例202，而非气体焚烧器。燃烧器组件202包括：下点火器和灰组件201；上燃烧室203；在上燃烧室203的底部处的水平燃料格栅204；设置穿过燃料格栅204下方的下点火器和灰组件201的侧壁的多个燃烧空气入口开口205；上燃烧室203的向上延伸的内壁206；向上延伸的中间壁208；以及向上延伸的外壁207。还存在用于上燃烧室203的固定或可除去顶部210。
形成在燃烧室203的内壁206中的多个燃烧产物气流孔口209将燃烧室203的下部置于与包绕燃烧室203的形成在内壁206与中间壁208之间的向上延伸的气流环带213流体连通。包绕燃烧室203的气流环带213将燃烧产物气体输送到包绕上烹饪和烟熏室212的内燃烧气流环带214的下端中。另外，可选存在形成在燃烧室203的中间壁208与外壁207之间的绝热间隙环带211。
将认识到的是，如此构造的装置200的功能关于炭的燃烧将相当于如图1和2中所示的本发明装置的实施例2的功能，但关于烹饪和加热烹饪和烟熏室212内的物品将相当于图5和6中所示的本发明装置的实施例100的功能。
本发明的设备200可仅使用大约1-2磅的炭烹饪5磅的鸡肉。此外，本发明的设备200(a)可在大约15分钟每磅的速率下很快烹饪，(b)可如偏置炭烟熏器中通常那样缓慢烹饪大约8小时，或(c)可烹饪牛腩或其它大的产品整夜12到16小时或甚至达到24小时。
本领域的技术人员还将理解的是，本发明的烹饪和烟熏设备2、100、150和200中的各个均可包括本领域中已知的任何类型的其它操作和控制系统量具、仪器、传感器、人工控制器、自动控制器等，以用于：监测烹饪和烟熏室内和/或单元内的任何其它期望位置处的温度；监测产品温度；设置、调整和/或控制温度或燃烧或燃料比；点燃燃烧器或焚烧器等。
以下实例意味着示出而不以任何方式限制提出的发明。
实例1
使用计算流体动力学(CFD)模拟程序执行本发明的燃气烹饪和烟熏设备150(图7)对如第8,227,728号美国专利中所示和所述的现有技术的垂直燃气辐射管烘烤机的比较分析。在该模拟中，本发明的烹饪和烟熏设备150和现有技术的辐射管烘烤机分别具有测量为14英寸高和12英寸直径的圆柱形烹饪室。在各个单元中，包绕烹饪室的最内侧的圆柱形辐射壁由具有0.5的辐射系数的氧化钢形成。
为了在现有技术的辐射管烘烤机的烹饪室中获得609℉的平均温度，需要18,000BTU/Hr的热输入。然而，相比之下，当在现有装置所需的热输入的仅三分之一下操作(即，仅6000 BTU/Hr)时，本发明的烹饪和烟熏设备150的烹饪室内的平均温度为598℉。此外，现有技术的装置的烹饪室内的最热点和最冷点的温度相差大约228℉，而本发明的设备150的烹饪室内的高温与低温差别仅为65℉。
进一步相比于本发明的烹饪和烟熏设备150，如果现有技术辐射管烘烤机在仅6000 BTU/Hr的热输入下操作，则现有技术的装置的烹饪室的平均温度仅为159℉，其中现有技术的装置内的高点与低点的温度范围为83℉。
还注意关于本发明的设备150，甚至在仅500 BTU/Hr的热输入下，本发明的烹饪和烟熏设备150提供了165℉的平均烹饪温度，其中高点与低点的温差差距仅为5℉。在1000BTU/Hr的热输入下，本发明的设备150内的平均烹饪温度为233℉，具有仅10℉的差距。在3000 BTU/hr的热输入下，本发明的设备150的平均烹饪温度为426℉，具有仅27℉的差距。
实例2
实际测试使用如在实例1中所述的CFD模拟中采用的具有相同大小的本发明的烹饪和烟熏设备150和现有技术的垂直辐射管烘烤机执行。这些测试的结果确认和证实了实例1中提出的模拟结果。具体而言，在16,000 BTU/Hr的热输入下操作时的现有技术的辐射管烘烤机的平均烹饪室温度为560℉，而本发明的设备150内的平均烹饪室温度在仅6000BTU/Hr下操作时为610℉，且在仅3000 BTU/Hr下操作时为430℉。
因此，本发明良好地适于执行这些目标和达到上文提到的目的和优点，以及本文中固有的那些。尽管出于本公开的目的描述了当前优选的实施例，但本领域的技术人员将清楚许多变化和改型。此类变化和改型包含在由权利要求限定的本发明内。

Claims (13)

1.一种用于烹饪或烟熏的设备，包括壳体，其具有：
向上延伸的第一壁；
所述向上延伸的第一壁内的向上延伸的内壁；
用于烹饪或烟熏的室，其限定在所述向上延伸的内壁内且在水平面中由所述向上延伸的内壁至少部分地包绕；
在所述向上延伸的第一壁与所述向上延伸的内壁之间的向上延伸的中间壁；
向上延伸的内流间隙，其形成在所述向上延伸的内壁与所述向上延伸的中间壁之间，且其在所述水平面中至少部分地包绕用于烹饪或烟熏的室；
向上延伸的外流间隙，其形成在所述向上延伸的中间壁与所述向上延伸的第一壁之间，且其在所述水平面中至少部分地包绕用于烹饪或烟熏的室；
位于用于烹饪或烟熏的所述室的下端部分处的多个流导管，其向外延伸穿过所述向上延伸的内流间隙以将用于烹饪或烟熏的所述室的下端部分置于与所述向上延伸的外流间隙的下端部分流体连通；以及
用于燃烧产物的限定在所述壳体中的流通路，其中所述流通路向上行进穿过所述向上延伸的内流间隙，然后向下行进穿过用于烹饪或烟熏的所述室，然后从用于烹饪或烟熏的所述室的下端部分至所述向上延伸的外流间隙的下端部分向外穿过所述流导管，且然后向上行进穿过所述向上延伸的外流间隙，并且
所述设备还包括用于产生所述燃烧产物的燃料焚烧器组件，所述燃料焚烧器组件具有与所述向上延伸的内流间隙的下端部分流体连通的用于所述燃烧产物的排放口。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述燃料焚烧器组件包括：
燃烧室；
所述燃料焚烧器组件的向上延伸的第一壁；
所述燃料焚烧器组件的向上延伸的第一壁内的向上延伸的第二壁，其中所述向上延伸的第二壁在第二水平面中包绕所述燃烧室的至少大部分；
形成在所述燃料焚烧器组件的向上延伸的第二壁与向上延伸的第一壁之间的向上延伸的流通道，其中所述向上延伸的流通道在所述第二水平面中包绕所述燃烧室的至少大部分；
所述燃烧室内的燃料支承元件；
将所述燃烧室置于与所述向上延伸的流通道流体连通的穿过所述向上延伸的第二壁设置的多个流孔口；以及
用于所述燃烧产物的限定在所述燃料焚烧器组件中的输送通路，其中所述输送通路穿过所述流孔口从所述燃烧室行进至所述向上延伸的流通道中，然后向上穿过所述向上延伸的流通道，且然后进入所述设备的壳体的向上延伸的内流间隙的下端部分中。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述流孔口定位在高于所述燃料支承元件不超过一英寸的高度处。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述燃料焚烧器组件还包括定位在低于所述燃料支承元件的高度处的在所述燃料焚烧器组件的第一壁中的空气开口。
5.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述向上延伸的流通道在所述第二水平面中完全包绕所述燃烧室。
6.一种烹饪或烟熏食品的方法，包括步骤：
(a)将食品置于用于烹饪或烟熏的室中，其中用于烹饪或烟熏的所述室在水平面中由向上延伸的内壁至少部分地包绕；
(b)通过将燃烧产物输送进入形成在所述向上延伸的内壁与定位在所述向上延伸的内壁外的向上延伸的第二壁之间的向上延伸的内流间隙的下端部分，且然后将所述燃烧产物向上输送穿过所述内流间隙来加热所述向上延伸的内壁，其中所述向上延伸的内流间隙在所述水平面中至少部分地包绕用于烹饪或烟熏的所述室；
(c)将所述燃烧产物从所述向上延伸的内流间隙的上端部分输送至用于烹饪或烟熏的所述室的上端部分中；
(d)将所述燃烧产物向下输送穿过用于烹饪或烟熏的所述室；
(e)将所述燃烧产物输送穿过多个流导管从用于烹饪或烟熏的室的下端部分输送至形成在所述向上延伸的第二壁与定位在所述向上延伸的第二壁外的向上延伸的第三壁之间的向上延伸的外流间隙的下端部分中，其中所述多个流导管从用于烹饪或烟熏的所述室的下端部分至所述向上延伸的外流间隙的下端部分向外延伸穿过所述向上延伸的内流间隙，并且所述向上延伸的外流间隙在所述水平面中至少部分地包绕用于烹饪或烟熏的所述室；以及然后
(f)将所述燃烧产物向上输送穿过所述向上延伸的外流间隙。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述向上延伸的内流间隙和所述向上延伸的外流间隙在所述水平面中完全包绕用于烹饪或烟熏的所述室。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括在步骤(b)之前的以下步骤：
在燃烧室中燃烧燃料以产生燃烧产物，其中所述燃烧室在第二水平面中由向上延伸的燃烧室内壁至少部分地包绕；
将所述燃烧产物从所述燃烧室输送至形成在所述向上延伸的燃烧室内壁与定位在所述向上延伸的燃烧室内壁外的向上延伸的燃烧室第二壁之间的向上延伸的输送间隙中，所述向上延伸的输送间隙在所述第二水 平面中至少部分地包绕燃烧室；
将所述燃烧产物向上输送穿过所述向上延伸的输送间隙；以及然后
将所述燃烧产物从所述向上延伸的输送间隙的上端部分输送至所述向上延伸的内流间隙的下端部分中。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述向上延伸的输送间隙在所述第二水平面中完全包绕所述燃烧室。
10.一种烹饪或烟熏食品的方法，包括步骤：
(a)将所述食品置于用于烹饪或烟熏的室中，其中用于烹饪或烟熏的所述室在水平面中由向上延伸的内壁至少部分地包绕；
(b)通过将燃烧产物流的第一部分向上输送穿过形成在所述向上延伸的内壁与定位在所述向上延伸的内壁外的向上延伸的第二壁之间的向上延伸的内流间隙来加热所述向上延伸的内壁，其中所述向上延伸的内流间隙在所述水平面中至少部分地包绕用于烹饪或烟熏的所述室；
(c)将所述燃烧产物流的第一部分从所述向上延伸的内流间隙的上端部分输送至用于烹饪或烟熏的所述室的上端部分中；
(d)将所述燃烧产物流的第二部分从所述向上延伸的内流间隙经由穿过向上延伸的内壁设置的多个孔口输送至用于烹饪或烟熏的所述室中；
(e)将所述燃烧产物流的第一部分和第二部分向下输送穿过用于烹饪或烟熏的所述室；
(f)将所述燃烧产物流的第一部分和第二部分作为组合的燃烧产物流输送穿过多个流导管从用于烹饪或烟熏的所述室的下端部分输送至形成在所述向上延伸的第二壁与定位在所述向上延伸的第二壁外的向上延伸的第三壁之间的向上延伸的外流间隙的下端部分中，其中所述多个流导管从用于烹饪或烟熏的所述室的下端部分至所述向上延伸的外流间隙的下端部分向外延伸穿过所述向上延伸的内流间隙，并且所述向上延伸的外流间隙在水平面中至少部分地包绕用于烹饪或烟熏的所述室；以及然后
(g)将所述组合的燃烧产物流向上输送穿过所述向上延伸的外流间隙。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述向上延伸的内流间隙和所述向上延伸的外流间隙在所述水平面中完全包绕用于烹饪或烟熏的所述室。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在步骤(d)中，穿过所述向上延伸的内壁设置的所述孔口的数目和尺寸使得所述燃烧产物流的第二部分基于重量小于或等于所述燃烧产物流的第一部分。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述燃烧产物流的第二部分基于重量不大于所述燃烧产物流的第一部分的一半。
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