CN115299771A - 一种具有快速烹饪食物的内胆结构的蒸汽烤箱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有快速烹饪食物的内胆结构的蒸汽烤箱，采用独立的喇叭扩散型蒸汽内胆，至少包括：蒸汽发生器(9)、至少一个蒸汽内胆(1)、上蒸汽连接口(8)和下蒸汽喷入口(2)；蒸汽发生器(9)设在蒸汽烤箱内壁(6)和外壁(7)之间，用以产生蒸汽；蒸汽内胆(1)独立设在蒸汽烤箱内部；上蒸汽连接口(8)和下蒸汽喷入口(2)各自的一端经管道与蒸汽发生器(9)连接，另一端与蒸汽内胆(1)连通，实现上下两面蒸烤食物。本发明的蒸汽烤箱通过采用蒸汽上下两面冲击射流强化换热的扩散状喇叭体蒸汽内胆，能够缩小内胆的占用空间，提高加热效率，缩短食物的加热时间，降低能耗。
Description
技术领域
本发明涉及蒸汽烤箱的加热内胆以及用此内胆加热食物的蒸汽烤箱。
背景技术
对于蒸烤功能合二为一的蒸汽烤箱而言，虽然可同时实现两种烹饪功能，但由于蒸汽烤箱的容腔较大，在使用蒸汽加热食物时，需要将蒸汽烤箱的整个容腔都充满高温蒸汽并达到加热温度，导致热能损耗过大，蒸汽的自由扩散和冷凝放热换热效果不佳，受限于食物换热基础，食物中心温度升温最慢，加热时间过长，因此有必要设计一种结构，来缩短食物的烹饪时间。
除此之外，现有专利CN110881867公开了一种带有蒸汽食物盒的蒸汽烤箱，带有蒸汽食物盒可缩小加热空间，从而可缩小加热时间，但依然存在以下几个缺点：其蒸汽进气方式单一，使用的是蒸汽的侧壁进入的自由扩散，并不能做到对食物的强化换热，对食物的加热时间缩短效果有限；其设计的食物盒的结构单一，长方体的设计，不能充分的利用好加热空间，也不利于蒸汽的均匀扩散；食物盒的更换复杂，蒸汽连接不方便以及冷凝水收集过程污染面积大。
发明内容
本发明针对现有技术中加热空间大，加热方式单一导致的加热时间长，冷凝水收集过程污染面积大，以及蒸汽内胆的更换不方便的问题，提拱了一种蒸汽上下两面冲击射流强化换热的扩散状喇叭体蒸汽内胆以及与之配套的蒸汽烤箱结构设计。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种具有快速烹饪食物的内胆结构的蒸汽烤箱，采用独立的喇叭扩散型蒸汽内胆，至少包括：蒸汽发生器(9)、蒸汽内胆(1)、上蒸汽连接口(8)和下蒸汽喷入口(2)；蒸汽发生器(9)设在蒸汽烤箱内壁(6)和外壁(7)之间，用以产生蒸汽；蒸汽内胆(1)独立设在蒸汽烤箱内部；上蒸汽连接口(8)和下蒸汽喷入口(2)各自的一端经管道与蒸汽发生器(9)连接，另一端与蒸汽内胆(1)连通，实现上下两面蒸烤食物。
进一步的，内胆包括上盖壳(10)、食物放置架、橡胶密封圈(12)和下盖壳(13)；上盖壳的上端设置有与上蒸汽连接口(8)连接的接气口；下盖壳的下端设置有冷凝水出口和连接下蒸汽喷入口(2)的开洞，冷凝的冷凝水从冷凝水出口流出。
进一步的，上盖壳(10)分为两部分，其上部是扩散状喇叭体，下部是圆柱体，扩散状喇叭体的设计适应冲击射流的扩散流形，其设计形状为上端变化较小，下端变化较大的喇叭状，扩散状喇叭体与圆柱体相连；扩散状喇叭体曲线的确定方式为：在确定喇叭结构起点a和喇叭结构的终点b前提下，再确定距离a点横向向外两倍喷嘴半径以及距离a点纵向向内喷嘴到圆柱体距离的三分之二的控制点c，使用贝塞尔曲线将三点确定为光滑的曲线，从而设计出扩散状喇叭体的曲线外形。c点的确定需遵循冲击射流外部轮廓，两倍喷嘴半径有利于射流中心的充分扩散，喷嘴到圆柱距离的三分之二有利于贴壁射流区的充分发展。下盖壳(13)具有与上盖壳结构相同，设置方向相反的扩散状喇叭体。
进一步的，食物放置架(11)为镂空的骨架形状，以减少放置架对蒸汽的阻碍作用。用以放置蒸熟过程不易变形或是需要盛放在碗盘中的食物。
进一步的，食物放置架(16)为镂空的骨架形状，空隙处设有弹簧，弹簧作为承载食物的承力材料，其食材的蒸烤变形会受到弹簧的抑制作用，食物与放置架的接触大幅减小，由面接触变为了线接触，且放置架对蒸汽的阻碍作用大幅度减小，使大量蒸汽直接冲击食物。以适宜放置易变形或是可单独加热的食物。
进一步的，食物放置架(17)为镂空的骨架形状，在骨架上增加导热翅片(18)，导热翅片深入食物内部，导热翅片在放置架上受高温蒸汽加热，并将热量传入食物内部；用以放置可以单独加热且疏松的食物。
进一步的，上蒸汽连接口(8)为可上下伸缩的卡扣结构，与蒸汽内胆上盖壳上部相对应，卡扣的内部有与上盖壳的接气口相密封的垫圈。
进一步的，下蒸汽喷入口(2)的上端设置有可伸缩的连接喷口，与蒸汽内胆下盖壳下部相对应，喷口可延伸进入蒸汽内胆内部，与下盖壳的开洞之间留有一定宽度的冷凝水流道，蒸汽由中间进入，冲击射流能更快将食物上的冷凝水吹至空间外围，减小边界层，并将蒸汽进入路径与冷凝水排出路径相分开。
进一步的，内胆放置架的中间开有圆洞用以放置蒸汽内胆，两端设置有承重导轨，可带动蒸汽内胆在蒸汽烤箱中滑动。
进一步的，围水圈围绕下蒸汽喷入口设置，在蒸烤箱内壁围水圈所围区域上开有废液洞，围水圈所围区域内壁凹向废液洞，收集的冷凝水经过废液洞集中流入与之相对应的废水收集盒。
蒸汽通过冲击射流的方式冲击加热食物，由于蒸汽直接冲击被加热食物表面，流程较短且被冲击的表面上的流动边界层更薄，从而提升了换热效果。其主要在以下3个方面实现强化换热：1、在冲击射流的出口处，及自由射流区，蒸汽射流直径不断扩大，在垂直速度逐渐降低的情况下，依然保持中心速度的均匀。2、蒸汽喷口正对的食物表面及射流的滞止区处，这里的局部换热强度极高，可以加速食物中心温度的升高。3、蒸汽在抵达食物表面，经过滞止区后，蒸汽在食物表面的流动方向由纵向速度转变为横向速度，蒸汽射流沿食物表面向四周散开，形成贴壁射流区。通过加速食物中心的温度升高，提高蒸汽在食物表面的均匀扩散，实现食物整体的快速升温。
为进一步的缩短加热时间，设计了3种食物放置架，除了常规的骨架结构来增大下部冲击蒸汽的通入，为减小食物放置架与食物的接触面积，以及减小食物的受热变形，还可以使用弹簧承重，将食物与食物放置架的面接触改为具有弹性的线接触方式。除此之外，为适应部分松软食物的快速加热，并在食物放置架中设置有导热翅片，通过金属对高温蒸汽的快速吸热快速升温，从食物内部加热食物，起内热源的加热作用。
内胆独立于蒸烤箱，可拆卸，可根据食物大小，选择相应的蒸汽内胆大小。
内胆的上盖壳的蒸汽连接为活动伸缩卡扣连接。上蒸汽连接口半径更大，内有胶圈，工作时弹出对接内胆的上盖壳；内胆需取出时，上蒸汽连接口向上提起，与内胆脱离。
内胆的下盖壳的蒸汽连接为与下蒸汽喷入口连接。下蒸汽喷入口半径更小，与下盖壳的下端有间隙，工作时弹出伸入内胆的内部；内胆需取出时，向下压下下蒸汽喷入口，与内胆脱离。
本发明的有益效果为：本发明在蒸汽烤箱内部设置加热食物的独立内胆，内胆独立存在，且空间为扁平的上下对称漏斗状，可在最大程度上缩小加热空间，对应蒸汽的冲击射流加热方式，其有利于蒸汽的扩散，且内胆的上下均设置有通蒸汽的喷嘴，上下的对称蒸汽喷口，蒸汽的喷入采用冲击射流来强化换热。灵活的食物放置架选择设计，其架空的设计能将从下方来的蒸汽最大程度喷射在食物表面，翅片的添加能够在食物内部加热，从而最大程度的缩短食物的加热时间，降低能耗，满足人们快速烹饪食物的需求。而冷凝水集中回收的设计，可以减小冷凝水污染面积从而减少清理工作。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围：
图1为将蒸汽内胆放入蒸烤箱的整体结构示意图；
图2为蒸汽内胆的分解结构示意图；
图3为极限对流条件下的肉饼模型导热数值模拟升温曲线；
图4为蒸汽内胆上盖壳和上蒸汽连接口的对接剖面结构示意图；
图5为蒸汽内胆下盖壳通入下蒸汽喷入口的剖面结构示意图；
图6为蒸汽内胆独立于蒸烤箱的整体结构示意图；
图7为弹簧承力的食物架结构示意图；
图8为内部添加导热翅片的弹簧承力的食物架结构示意图；
图9为肉饼加导热翅片的实验图。
具体的实施方案
参照图1，本发明的具有快速烹饪食物的内胆结构的蒸汽烤箱，具有内壳6和外壳7组成的箱体，以及蒸汽内胆1。蒸汽发生器9产生蒸汽，蒸汽经上下导管流至上蒸汽连接口8和下蒸汽喷入口2，蒸汽内胆1的上盖壳与上蒸汽连接口8相连接，而下盖壳则通入下蒸汽喷入口2。
参照图2，蒸汽内胆包括上部为扩散状喇叭体、下部为圆柱体的上盖壳，整体镂空的食物放置架，密封垫圈以及为扩散状喇叭体的下盖壳。
参照图1、图2，蒸汽经上蒸汽连接口8和下蒸汽喷入口2进入蒸汽内胆之后，沿着喇叭扩散体内部，通过冲击射流的形式冲击食物表面强化传热，维持速度的均匀，扩大加热面并加强中心部位的传热，从而缩短加热时间。从上部进入的蒸汽直接喷在食物表面，而从下部进入的蒸汽透过食物放置架孔洞喷到食物表面，均匀加热食物，冷凝水沿下盖壳流出蒸汽内腔，经冷凝水围水圈集中后，流入围水圈中间的废水孔，最终收集在废水盒。
针对现有的单面加热模型，对比本申请蒸汽烤箱的双面加热设计，在蒸汽温度分别为100℃，120℃和140℃工况下使用极限的导热模拟，检测肉饼中心的温度上升时间，具体的数值计算结果曲线如图3。可得出结论：本结构的双面加热设计可以使所得到的加热时间大幅度减小，分别缩短加热时间52.19％，51.09％和50.19％。
参照图4，蒸汽内胆上盖壳10和上蒸汽连接口8的连接方式为可伸缩的卡扣连接，上蒸汽连接口8的内径对应上盖壳10上端接气口的外径，且为可滑动的设计，密封垫圈14用于防止蒸汽外泄。扩散状喇叭体具体的设计使用了贝塞尔曲线，在图中确定好起始点a，终点b，以及控制点c后，使用贝塞尔曲线将其光滑设计，使其曲线曲率变化连续，确定好喇叭扩散曲线。贝塞尔曲线的公式为：p＝(1-x)2×a+2×x×(1-x)×c+x2×b，其中a、b、c为前文所确定的点位置，x为0到1的参数，p为所画曲线上的点。随着x从0到1的变化，p点不断产生，连续的p点生成对应的光滑曲线。
参照图5，蒸汽内胆下盖壳13通入下蒸汽喷入口2，下蒸汽喷入口2伸进蒸汽内胆下盖壳13内部，且留有蒸汽冷凝水排出间隙。
参照图6，蒸汽内胆1与内胆放置架5可沿导轨15滑出蒸烤箱，此时的上蒸汽连接口8为上滑状态，下蒸汽喷入口2为下滑状态，用户可根据食物大小选择相应大小的蒸汽内胆，并将内胆放入蒸汽烤箱完成烹饪。
参照图7，弹簧承力的食物架放置架16内部和中部骨架均为刚性结构，与食物接触的大部分区域为弹性结构，从而维持食物形状的同时，减小接触面积。食物放置架的外圈与蒸汽内胆下盖壳上部相贴合。
参照图8，内部添加导热翅片的弹簧承力的食物放置架17，在放置架的受力骨架上外加导热翅片18，翅片深入食物内部。食物放置架的外圈与蒸汽内胆下盖壳上部相贴合。
在普通蒸烤箱的加热肉饼的实验中，通过在肉饼中插入导热性能较好的焊丝，具体的实验图像如图9所示，与不加导热翅片的肉饼对比，肉饼中心温度从24℃升高至85℃的时间，从1140s降低至了597s，能够将肉饼的加热时间缩短47.63％。
本发明所设计的蒸汽内胆独立于蒸烤箱，蒸汽内腔的容积可以得到最大程度的控制，除容纳食物的中部为圆柱形，上下均为喇叭扩散型用以在最大程度上的减小食物加热空间。且本发明的进气方式为上下进气的冲击射流，可均匀的强化传热加热食物。而喇叭型壁面设计可有利于蒸汽冲击射流的均匀扩散。食物放置架的镂空结构，有利于蒸汽的上下传播，弹簧的承力结构可减小食物的形变，外加翅片的设计更是添加内热源强化换热，且冷凝水可及时滴落，并顺着下盖壳的内壁面流出。上述手段从蒸汽空间缩减，蒸汽进气方式，换热的加强以及冷凝水的排出方面出发，大大缩短食物的加热时间，降低能耗并减少清理工作，满足人们快节奏的生活需求。
Claims (10)
1.一种具有快速烹饪食物的内胆结构的蒸汽烤箱，采用独立的喇叭扩散型蒸汽内胆，至少包括：蒸汽发生器(9)、至少一个蒸汽内胆(1)、上蒸汽连接口(8)和下蒸汽喷入口(2)；
蒸汽发生器(9)设在蒸汽烤箱内壁(6)和外壁(7)之间，用以产生蒸汽；蒸汽内胆(1)独立设在蒸汽烤箱内部；上蒸汽连接口(8)和下蒸汽喷入口(2)各自的一端经管道与蒸汽发生器(9)连接，另一端与蒸汽内胆(1)连通，实现上下两面蒸烤食物。
2.根据权利要求1所述的蒸汽烤箱，其特征在于：内胆包括上盖壳(10)、食物放置架、橡胶密封圈(12)和下盖壳(13)；上盖壳的上端设置有与上蒸汽连接口(8)连接的接气口；下盖壳的下端设置有冷凝水出口和连接下蒸汽喷入口(2)的开洞。
3.根据权利要求2所述的蒸汽烤箱，其特征在于：上盖壳(10)分为两部分，其上部是扩散状喇叭体，下部是圆柱体；扩散状喇叭体的设计适应冲击射流的扩散流形，其设计形状为上端变化较小，下端变化较大的喇叭状，扩散状喇叭体与圆柱体相连；
扩散状喇叭体曲线的确定方式为：在确定喇叭结构起点a和喇叭结构的终点b前提下，再确定距离a点横向向外两倍喷嘴半径以及距离a点纵向向内喷嘴到圆柱体距离的三分之二的控制点c，使用贝塞尔曲线将三点确定为光滑的曲线，从而设计出扩散状喇叭体的曲线外形；下盖壳(13)具有与上盖壳结构相同，设置方向相反的扩散状喇叭体。
4.根据权利要求2所述的蒸汽烤箱，其特征在于：食物放置架(11)为镂空的骨架形状。
5.根据权利要求2所述的蒸汽烤箱，其特征在于：食物放置架(16)为镂空的骨架形状，空隙处设有弹簧。
6.根据权利要求2所述的蒸汽烤箱，其特征在于：食物放置架(17)为镂空的骨架形状，在骨架上增加导热翅片(18)，导热翅片深入食物内部。
7.根据权利要求2所述的蒸汽烤箱，其特征在于：上蒸汽连接口(8)为可上下伸缩的卡扣结构，与蒸汽内胆上盖壳上部相对应，卡扣的内部有与上盖壳的接气口相密封的垫圈。
8.根据权利要求2所述的蒸汽烤箱，其特征在于：下蒸汽喷入口(2)的上端设置有可伸缩的连接喷口，与蒸汽内胆下盖壳下部相对应，喷口可延伸进入蒸汽内胆内部，与下盖壳的开洞之间留有一定宽度的冷凝水流道。
9.根据权利要求2所述的蒸汽烤箱，其特征在于：内胆放置架的中间开有圆洞用以放置蒸汽内胆，两端设置有承重导轨，可带动蒸汽内胆在蒸汽烤箱中滑动。
10.根据权利要求2所述的蒸汽烤箱，其特征在于：围水圈围绕下蒸汽喷入口设置，在蒸烤箱内壁围水圈所围区域上开有废液洞，围水圈所围区域内壁凹向废液洞，收集的冷凝水经过废液洞集中流入与之相对应的废水收集盒(4)。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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