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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1.
Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Ofen und
insbesondere auf einen elektrischen Ofen, der seine Temperatur schnell
erhöht
und Wärmeverluste
vermindert, wobei eine Oberfläche
des Hohlraumes durch Induktionsheizen ihre eigene Wärme erzeugt.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Allgemein
ist ein elektrischer Ofen eine Kochvorrichtung, die in der Küche verwendet
wird und ihre eigene Heizungsvorrichtung aufweist. Der elektrische
Ofen kocht normalerweise Lebensmittel in einem Kochraum unter Benutzung
von Wärme
einer elektrischen Heizung als einer Wärmequelle, manchmal aber wird
Mikrowellenenergie als ergänzende
Wärmequelle
verwendet, indem ein Magnetron eingebaut ist.
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1 zeigt
eine schematische Perspektivdarstellung des Aufbaus eines elektrischen
Ofens gemäß dem Stand
der Technik, in dem eine Heizung als Hauptwärmequelle eingebaut ist und
Mikrowellenenergie als weitere Wärmequelle
verwendet wird.
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Wie
dargestellt, weist der konventionelle elektrische Ofen ein Gehäuse 100 auf,
welches aus einer Vielzahl von Platten aufgebaut ist, die seine
Gestalt bildet. Beispielsweise kann der elektrische Ofen aus einer
Platte zur Bildung der unteren Oberfläche und Gehäusen zur Bildung beider Seiten
und der oberen Oberfläche
aufgebaut sein.
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Ein
Hohlraum 200, in den Lebensmittel gestellt werden und in
dem der Kochvorgang abläuft,
ist in dem Gehäuse 100 ausgebildet.
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Der
Hohlraum 200 kann mittels einer Tür 130 wahlweise geöffnet und
geschlossen werden. Ein unteres Ende der Tür 130 ist mittels
Scharnieren an der Vorderfläche
des Hohlraums 200 angebracht, und ein Türgriff 132 ist an
einem oberen Ende der Tür 130 ausgebildet.
Dementsprechend wird das obere Ende um das untere Ende heruntergeschwenkt,
wenn der Türgriff 132 gezogen
wird, wodurch sich der Hohlraum 200 öffnet und schließt. Eine
Steuereinheit 160 ist an einem oberen Ende des elektrischen
Ofens vorgesehen, das nicht von der Tür 130 abgedeckt ist. Allgemein
können
jede Art von Bedienungselementen, die erforderlich sind, um den
elektrischen Ofen zu steuern, sowie ein Anzeigefenster für die Anzeige des
Betriebszustandes des elektrischen Ofens an der Steuereinheit 160 ausgebildet
sein.
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Ein
unterer Heizer 112 ist an der Unterseite des Hohlraums 200 angebracht.
Der untere Heizer 112 umfasst allgemein einen Rohrheizkörper. Der
untere Heizer 112 überträgt die Wärme an den
Hohlraum 200 durch den inneren Boden des Hohlraums 200.
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Ein
oberer Heizer 110 ist an der Oberseite des Hohlraums 200 angebracht,
welcher ebenfalls im Allgemeinen als Rohrheizkörper ausgebildet ist.
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Der
Rohrheizkörper
besteht aus einem Metallrohr als Außenteil, einer Heizleitung,
die innerhalb des Metallrohres angebracht ist, und einem Isolationsmaterial,
welches zwischen dem Metallrohr und der Heizleitung angebracht ist.
Rohrheizkörper
sind wohl bekannt, deswegen wird eine detaillierte Erläuterung
weggelassen.
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Weiterhin
ist ein Konvektions-Heizer 114 an der Rückseite des Hohlraums 200 angebracht.
Ebenso ist ein Umwälzventilator 140 an
der Rückseite
des Hohlraums 200 angebracht, wo der Konvektions-Heizer 114 angebracht
ist. Der Umwälzventilator 140 leitet
Luft, die durch den Konvektions-Heizer 114 erwärmt worden
ist, in den Hohlraum 200. Zu diesem Zweck ist eine Vielzahl
von Durchbruchslöchern 142 an
der Rückseite
des Hohlraums 200 im Bezug auf den Konvektions-Heizer 114 ausgebildet.
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Ein
Magnetron 150 ist in einem Zwischenraum zwischen dem Oberteil
des Hohlraums 200 und dem Gehäuse 100 als zusätzliche
Wärmequelle
angeordnet, um Wärme
in den Hohlraum 200 zu leiten. Das Magnetron 150 erzeugt
Mikrowellenenergie und versorgt den Hohlraum 200 so mit
Wärme.
Das Magnetron 150 leitet die Mikrowellenenergie in einen Wellenleiter 152,
der an der oberen Oberfläche
des Hohlraums 200 angebracht ist. Bezugszeichen 144 bezeichnet
einen Kühlventilator
zur Kühlung
der Bauteile einschließlich
des Magnetrons 150. Andere Bauelemente zur Erzeugung der
Mikrowellenenergie werden nicht beschrieben.
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Bezugszeichen 180 bezeichnet
eine Beleuchtungseinrichtung für
den Ofen zur Beleuchtung des Innenraums einer Kochkammer.
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Der
Betrieb des elektrischen Ofens gemäß dem Stand der Technik wird
im Folgenden erläutert.
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Lebensmittel
werden in den Hohlraum 200 gestellt, die Tür 130 wird
geschlossen und eine Energiequelle wird in dem Zustand angeschlossen,
in dem der Kochraum von der Umgebung abgeschirmt ist, wodurch der
Kochvorgang erfolgt. Dabei wird, wenn die Energiequelle angeschlossen
ist, Wärme von
dem unteren Heizer 112 in den Boden des Hohlraums 200 geleitet.
Die zugeleitete Wärme
erwärmt die
Luft in dem Hohlraum 200 und die erwärmte Luft strömt zu dem
Lebensmittel. Ebenso überträgt der obere
Heizer 110 wärme
auf das Lebensmittel durch Strahlung und Konvektion und die von
dem Konvektions-Heizer 114 gelieferte Wärme wird durch die Vielzahl
von Öffnungen 142 von
dem Umwälzungsventilator 140 als
heißer
Luftstrom in den Kochraum eingeleitet und auf das Lebensmittel übertragen.
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Darüber hinaus
kann die von dem Magnetron 150 erzeugte Mikrowellenenergie
dazu verwendet werden, nach Wunsch des Benutzers das Lebensmittel
zu kochen.
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Im
Folgenden werden die Probleme mit dem elektrischen Ofen nach dem
Stand der Technik erläutert.
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Der
elektrische Ofen muss auf eine vorbestimmte Temperatur vorgeheizt
werden, bevor der Kochvorgang beginnen kann. Um eine automatische Reinigungsfunktion
unter Verwendung von Pyrolyse in dem Hohlraum 200 zu verwenden,
muss die Innentemperatur des elektrischen Ofens auf mehr als 500 °C angehoben
werden, und dann muss eine beachtliche Zeitdauer vergehen, um Öl an der
Innenwand zu verbrennen.
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Der
untere Heizer 112 und der obere Heizer 110 sind
Rohrheizkörper.
Solche Rohrheizkörper
benötigen
jedoch viel Zeit, um die Temperatur bis zu einer Sättigungstemperatur
zu erhöhen,
da ihre spezifische Wärmekapazität groß ist. Nachdem
der untere Heizer 112 auch nicht vollständig Kontakt mit der unteren
Oberfläche
des Hohlraums 200 hat, ist der Kontaktwärmewiderstand groß. Darüber hinaus
ist die Heizeffizienz geschmälert,
weil sie von der natürlichen
Konvektion abhängt,
die einen geringen Übertragungs-Wirkungsgrad
aufweist und von der Strahlung abhängt, die eine große Temperaturdifferenz zu der
unteren Oberfläche
des unteren Heizers 112 erfordert.
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Darüber hinaus
existieren keine weiteren Wärmequellen
an den beiden Seiten des Hohlraums 200. Dementsprechend
werden diese beiden Seiten des Hohlraums 200 ausschließlich durch
die Wärme erwärmt, die
durch die Platten, die den Hohlraum 200 bilden, geleitet
wird, oder durch Wärme,
die durch den Luftstrom in dem Kochraum übertragen wird. Schließlich wird
eine sehr lange Vorheizzeit benötigt, weil
die Temperatur der genannten beiden Seiten des Hohlraums 200 erst
dann auf einen vorherbestimmten Wert erhöht werden kann, nachdem die
Temperatur anderer Teile bereits erhöht worden ist.
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Demgemäß muss die
Temperatur beider Seiten des Hohlraums 200 erheblich stärker erhöht werden,
wenn ein Kochvorgang durchgeführt
werden soll oder die äußere Oberfläche des
Hohlraums gereinigt werden soll, und zwar wesentlich höher als
die Temperatur, die für
die Pyrolyse anderer Teile erforderlich ist. Als Ergebnis ist der
Energieverbrauch erhöht
und eine entsprechend wärmebeständige Konstruktion wird
schwierig.
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Das
gleiche Problem entsteht bei dem elektrischen Ofen gemäß
US 6,147,336 , der eine einzelne
Heizeinheit an der Oberseite des Hohlraums umfasst, sowie bei dem
elektrischen Ofen gemäß
EP 0 464 390 A2 ,
welcher eine einzelne Heizeinheit an der Unterseite des Hohlraums
umfasst, sowie bei dem elektrischen Ofen gemäß
US 4,508,947 , der eine einzelne Heizeinheit
an der Rückseite
des Hohlraums umfasst. Die
US
4,074,101 offenbart zusätzlich
die Verwendung eines Induktionsheizers in Verbindung mit einer Mikrowellenheizung.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrischen
Ofen zur Verfügung
zu stellen, mit dem die Reinigung der Innenseite des Hohlraums durch
Pyrolyse schneller durchgeführt
werden kann.
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Um
diese Aufgabe zu lösen,
ist gemäß der vorliegenden
Erfindung ein elektrischer Ofen vorgesehen, der ein Gehäuse mit
einer Türe
an einer Vorderseite und einen Hohlraum zur Aufnahme von Speisen
darin hat, sowie ein an einer Seite eines oberen Abschnittes des
Hohlraums eingebautes Magnetron, um Mikrowellen mit hoher Frequenz
zu erzeugen und dem Hohlraum Wärme
zuzuführen,
einen Inverter zum Erzeugen von Hochfrequenz in einem Raum zwischen
dem Gehäuse
und dem Hohlraum, eine erste Heizeinheit, die auf der rechten und der
linken Seite des Hohlraums eingebaut ist, um dem Hohlraum von der
linken und der rechten Seite Wärme
zuzuführen,
eine zweite Heizeinheit, die an einer Oberseite des Hohlraums eingebaut
ist, um dem Hohlraum von der Oberseite Wärme zuzuführen, eine dritte Heizeinheit,
die an einer Unterseite des Hohlraums eingebaut ist, um dem Hohlraum
von der Unterseite Wärme
zuzuführen,
und eine vierte Heizeinheit, die an einer Rückseite des Hohlraums eingebaut
ist, um dem Hohlraum von der Rückseite Wärme zuzuführen, wobei
jede Heizeinheit zusätzlich
wärme der
jeweiligen Seitenfläche
des Hohlraums zuführt,
an der sie eingebaut ist.
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Die
vorgenannten und weitere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung
der vorliegenden Erfindung deutlicher werden, wenn diese in Verbindung
mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet wird.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
beiliegenden Zeichnungen, die zum weiteren Verständnis der Erfindung vorgesehen
sind und in dieser Beschreibung eingeschlossen sind und einen Teil
derselben bilden, erläutern
Ausführungsformen
der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die
Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
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In
den Zeichnungen ist:
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1 eine
schematische perspektivische Ansicht der Konstruktion eines elektrischen
Ofens gemäß dem Stand
der Technik;
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2 eine
schematische perspektivische Ansicht der Konstruktion eines elektrischen
Ofens gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 ein
Längsschnitt,
der eine Position einer Heizeinheit aus 2 zeigt;
und
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4 ist
ein Längsschnitt,
der die Position der Heizeinheit aus 2 gemäß einer
weiteren Ausführungsform
zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
Folgenden wird im Detail auf die bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung Bezug genommen. Beispiele davon sind
in den beiliegenden Zeichnungen erläutert.
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2 ist
eine schematische perspektivische Darstellung einer Konstruktion
eines elektrischen Ofens gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, 3 ist ein
Längsschnitt,
der eine Position einer Heizeinheit aus 2 zeigt,
und 4 ist ein Längsschnitt,
der die Position der Heizeinheit aus 2 gemäß einer
weiteren Ausführungsform zeigt.
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Wie
dargestellt weist ein elektrischer Ofen gemäß der vorliegenden Erfindung
ein Gehäuse 10 auf,
welches aus einer Vielzahl von Platten besteht, die sein Erscheinungsbild
bilden. Beispielsweise kann der elektrische Ofen aus einer Platte
zur Bildung seiner unteren Oberfläche und Gehäusen zur Bildung beider Seiten
und der oberen Oberfläche
zusammengesetzt sein.
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Ein
Hohlraum 20, in den Speisen gestellt werden und in dem
der Kochvorgang erfolgt, ist in dem Gehäuse 10 ausgebildet.
Der Hohlraum 20 ist aus einem Metall mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit gebildet,
um Wärme
durch induktive Erwärmung
an seinen beiden Seiten zu erzeugen.
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Der
Hohlraum 20 kann nach Bedarf durch eine Tür 30 geöffnet oder
geschlossen werden. Ein unteres Ende der Tür 30 ist mittels Scharnieren
an einer vorderen Oberfläche
des Hohlraums 20 befestigt und ein Türgriff 32 ist an dem
oberen Ende der Tür 30 ausgebildet.
Demgemäß wird das
obere Ende um das untere Ende nach unten geschwenkt, wenn der Türgriff 32 gezogen
wird, wodurch sich der Hohlraum 20 öffnet und schließt. Eine
Steuereinheit 60 ist an dem oberen Ende des elektrischen
Ofens vorgesehen, das nicht durch die Tür 30 abgedeckt ist.
Im Allgemeinen können
jede Art von Bedienungselement, welches zur Steuerung des elektrischen
Ofens erforderlich ist, sowie ein Anzeigefenster zur Anzeige des Betriebszustandes
des elektrischen Ofens an der Steuereinheit 60 ausgebildet
sein.
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Der
elektrische Ofen gemäß der vorliegenden
Erfindung ist mit Heizeinheiten an jeder Außenseite des Hohlraums 20 mit
Ausnahme der Oberfläche,
an der die Tür
ausgebildet ist, versehen.
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Erste
Heizeinheiten 13a und 13b sind an der rechten
und der linken Seite des Hohlraums 20 angebracht. Die ersten
Heizeinheiten 13a und 13b sind mit Induktionsspulen
zum Induktionsheizen versehen.
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Das
Induktionsheizen wird durchgeführt,
indem ein Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit
teilweise erwärmt
wird, oder durch Verwendung von Hochfrequenz, wenn nur die Oberflächen des
Metalls erwärmt
werden sollen.
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Zu
diesem Zweck werden beide Seiten des Hohlraums 20 aus einem
Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit
ausgebildet.
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Eine
zweite Heizeinheit 11 ist an der Oberseite des Hohlraums 20 angebracht,
in der wie gemäß dem Stand
der Technik hauptsächlich
ein Rohrheizkörper
verwendet wird.
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Eine
dritte Heizeinheit 12 ist an der Unterseite des Hohlraums 20 angebracht.
Die dritte Heizeinheit kann einen Rohrheizkörper gemäß dem Stand der Technik verwenden
oder kann eine Induktionsspule zum Induktionsheizen verwenden. Die
dritte Heizeinheit 12 versorgt den Hohlraum 20 mit
Wärme durch
einen inneren Boden des Hohlraums 20.
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Eine
vierte Heizeinheit 14 ist an der Rückseite des Hohlraums 20 angebracht.
Als vierte Heizeinheit ist eine Konvektionsheizung in Verwendung. Ebenso
ist ein Umwälzventilator 40 an
der Rückseite des
Gehäuses 20 angebracht,
wo der Konvektions-Heizer angeordnet ist. Der Umwälzventilator 40 liefert
Luft, die durch den Konvektions-Heizer erwärmt worden ist, in den Hohlraum 20.
Zu diesem Zweck ist eine Vielzahl von Durchbruchslöchern 42 an
der Rückseite
des Hohlraums 20 ausgebildet, die dem Konvektions-Heizer
zugeordnet sind.
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Ein
Magnetron 50 zur Versorgung des Hohlraums 20 mit
Wärme als
zusätzliche
Heizquelle ist in einem Raum zwischen dem Oberteil des Hohlraums 20 und
dem Gehäuse 10 ausgebildet.
Das Magnetron 50 erzeugt Mikrowellen mit hoher. Frequenz
und liefert so Wärme
in den Hohlraum 20. Das Magnetron 50 leitet die
Mikrowellenenergie in einen Wellenleiter 52, der an der
oberen Oberfläche
des Hohlraums 20 angebracht ist.
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Ebenso
ist ein Inverter 56 zur Erzeugung einer Hochfrequenz von
20 bis 40 kHz in dem Raum zwischen der oberen Oberfläche des
Hohlraums 20 und einer entsprechenden Oberfläche angeordnet.
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Eine
Schaltung für
den Inverter 56 kann mit der Schaltung für das Magnetron
gemeinsam verwendet werden.
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4 zeigt,
dass die erste Heizeinheit 13a und 13b, die zweite
Heizeinheit 11 und die dritte Heizeinheit 12 ausschließlich als
Rohrheizkörper
ausgeführt
sind. Dabei ist auch die vierte Heizeinheit 14 mit dem
Konvektions-Heizer
hergestellt.
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In
der vorliegenden Erfindung ist außerdem ein Isolationsmaterial 65 zwischen
der Außenseite des
Hohlraums 20 und dem Gehäuse 10 eingeschlossen,
um zu verhindern, dass die Wärme
aus dem Hohlraum 20 auf das Gehäuse übertragen wird.
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Bezugszeichen 44 bezeichnet
einen Kühlventilator
zur Kühlung
der Bauelemente einschließlich
des Magnetrons 50.
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Ebenso
bezeichnet ein unerklärtes
Bezugszeichen 18 eine Beleuchtungseinrichtung für den Ofen
zur Beleuchtung des Innenraums der Kochkammer.
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Der
Betrieb des elektrischen Ofens gemäß der vorliegenden Erfindung
wird im Folgenden erläutert.
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Lebensmittel
werden in den Hohlraum 20 gestellt, die Tür 30 wird
geschlossen und eine Energiequelle wird angeschlossen, wenn die
Kochkammer von der Umgebung abgeschirmt ist, wodurch der Kochvorgang
erfolgt. Das bedeutet, wenn die Energiequelle eingeschaltet ist,
wird Wärme
von der zweiten Heizeinheit 11 durch Strahlung oder Konvektion auf
die Lebensmittel übertragen.
Ebenso wird Wärme von
dem Konvektions-Heizer als heißer
Luftstrom durch die Vielzahl von Öffnungen 42 von dem
Umwälzventilator 40 geleitet
und auf die Lebensmittel übertragen.
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Außerdem kann
die Mikrowellenenergie, die von dem Magnetron 50 erzeugt
worden ist, verwendet werden, um nach Wunsch des Benutzers die Lebensmittel
zu kochen.
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Ebenso
wird ein Induktionsheizen durch die Induktionsspule durchgeführt, die
an der Unterseite und der rechten und der linken Seite des Hohlraums 20 ausgebildet
ist, indem die Hochfrequenz von 20 bis 40 kHz verwendet wird, die
von dem Inverter 56 erzeugt worden ist. Dadurch ist die
Temperatur der genannten beiden Seiten des Hohlraums 20 höher als
die von allen anderen Oberflächen.
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Da
die Wärmequelle
an allen Außenseiten außer der
Oberfläche,
an der die Tür
ausgebildet ist, angebracht ist, steigt die Temperatur jeder Oberfläche des
Hohlraums 20 gleichmäßig.
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Der
elektrische Ofen muss vor dem Kochvorgang auf eine vorherbestimmte
Temperatur vorgeheizt werden. Ebenso ist es zur Nutzung einer automatischen
Reinigungsfunktion mittels Pyrolyse in dem Hohlraum 20 erforderlich,
die Innentemperatur des elektrischen Ofens auf mehr als 500° C zu erhöhen und
dann muss eine beachtliche Zeit vergehen, um Öl und Fett von der Innenwand
abzubrennen.
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Dementsprechend
wird in dem Fall, dass der Ofen vorgeheizt wird, Wärme von
der gesamten Oberfläche
des Hohlraums 20 geliefert, so dass die Temperatur der
gesamten Kochkammer schneller und gleichmäßiger steigen kann. Nebenbei
wird die Wärme
den Lebensmitteln gleichmäßiger zugeführt, wenn
das Heizen in einem Zustand ausgeführt wird, indem Lebensmittel
nach dem Vorheizen in die Kochkammer gestellt sind und die Kochkammer
durch die Tür
verschlossen ist.
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Ebenso
steigt die Temperatur der inneren Oberfläche des Hohlraums 20 gleichmäßig, wenn
die automatische Reinigungsfunktion mittels Pyrolyse zur Reinigung
durch Verbrennung von Öl
an den äußeren Oberflächen des
Hohlraums 20 verwendet wird, wodurch die Pyrolysereinigungsfunktion
zuverlässiger
und schneller ausgeführt
wird.
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Der
Betrieb des elektrischen Ofens gemäß der vorliegenden Erfindung
wird im Folgenden erläutert.
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Da
die Wärmequelle
in jedem Raum zwischen dem Hohlraum und den entsprechenden Oberflächen in
dem elektrischen Ofen angebracht ist, kann die Temperatur der Kochkammer
gleichmäßiger und
schneller auf den gewünschten
Wert eingestellt werden.
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Demgemäß können die
Vorheizzeit und die tatsächliche
Kochzeit verringert werden, der Wärmeverlust kann verringert
werden und auf diese Weise kann der Energieverbrauch minimiert werden.
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Nachdem
die untere Oberfläche
des Hohlraums und die genannten beiden Seiten durch Anwendung des Induktionsheizens
als Wärmequelle betrieben
werden können,
kann ein Großteil
der erzeugten Wärme
für das
Kochen verwendet werden.
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Da
die Temperatur der äußeren Oberfläche des
Hohlraums schneller und gleichzeitig ansteigt, wenn die Reinigung
der inneren Oberfläche
des Hohlraums durch Verwendung von Pyrolyse durchgeführt wird,
kann insbesondere die Reinigung einheitlicher durchgeführt werden
und die Temperatur eines bestimmten Teils muss nicht höher steigen
als erforderlich.
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Außerdem können in
der vorliegenden Erfindung die Schaltung zur Erzeugung von Mikrowellenenergie
und die Schaltung für
ein Induktionsheizen gemeinsam genutzt werden, wodurch die Anzahl
der Bauelemente reduziert wird und die Bauelemente effizienter genutzt
werden.