EP0699373B1 - Vorrichtung und verfahren zum gleichmassigem kochen von esswaren mittels assymmetrisch angeordnetem strahlungskörper - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum gleichmassigem kochen von esswaren mittels assymmetrisch angeordnetem strahlungskörper Download PDF

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EP0699373B1
EP0699373B1 EP94917464A EP94917464A EP0699373B1 EP 0699373 B1 EP0699373 B1 EP 0699373B1 EP 94917464 A EP94917464 A EP 94917464A EP 94917464 A EP94917464 A EP 94917464A EP 0699373 B1 EP0699373 B1 EP 0699373B1
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William H. Sehestedt
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General Electric Co
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    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
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    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/0033—Heating devices using lamps
    • H05B3/0071—Heating devices using lamps for domestic applications
    • H05B3/0076—Heating devices using lamps for domestic applications for cooking, e.g. in ovens

Definitions

  • This invention relates to the field of radiant source ovens. More particularly, this invention relates to ovens having a rotating rack and an array of linear radiation sources typically shorter than the transverse dimension of the cooking location and which are arranged to maximize uniform cooking of a food item.
  • Ovens following the present invention and having linear sources of visible and infra-red radiant energy are disclosed and described in U.S. Patent No. 5, 036, 179 and WO-A-9 303 310.
  • These ovens provide high-speed, high-quality cooking and baking of food items by impinging high-intensity visible, near-visible, and infrared radiations onto a food item.
  • the ovens cook the food items within the short periods of time normally found in microwave cooking while maintaining the browning of infrared cooking and the quality of conduction-convection cooking.
  • When food is exposed to a sufficiently intense source of visible, near-visible, and infrared radiation the food absorbs low levels of visible and near-visible radiation, thereby allowing the energy to penetrate the foodstuff and heat it deeply.
  • the longer infrared radiation does not penetrate deeply but acts as an effective browning agent.
  • the source of the visible, near-visible and infrared radiation for this invention is in excess of two elongated quartz-halogen tungsten lamps, or equivalent means such as quartz arc lamps.
  • Typical quartz-halogen lamps of this type operate at 3000 degrees Kelvin and convert electrical energy into black body radiation having a range of wavelengths from .4 ⁇ m to 4.5 ⁇ m with a peak intensity at .965 ⁇ m.
  • Each lamp can generally provide about between 1.5 and 2 kW of radiant energy with a significant portion of the energy in the visible light spectrum.
  • the ovens can use a plurality of these lamps or an array of several lamps either operated in unison or selectively operated in varying combinations as necessary for the particular food item sought to be cooked.
  • These radiation sources are ordinarily positioned above and below the food item.
  • the walls of the surrounding food chamber are preferably made from highly reflective surfaces.
  • the visible and infrared waves from the radiation sources impinge directly on the food item and are also reflected off the reflected surfaces and onto the food item from many angles. This reflecting action improves uniformity of cooking.
  • the intensity of radiant energy received by an object decreases with the increase in distance between the object and the radiant energy source.
  • the areas of the food item that are positioned directly above or below the radiation sources receive more direct energy and therefore cook more quickly than their surrounding areas.
  • Figures 1A and 1B show an end view and a longitudinal side view, respectively, of a single linear radiation source 100 and further show the distributions of light intensity measured at the surface of a food item positioned underneath the radiation source. As shown in both figures, the regions of the food item which are positioned directly below the light source are exposed to the maximum intensity received by the food item, while the surrounding areas are exposed to significantly lower intensities.
  • Figure 2A shows a lamp configuration under which a food item 104 is cooked under an array of elongate radiation sources 100 that are shorter than the length of the food item and that are arranged in parallel.
  • the food item is cooked to the desired degree in the regions of the food item that are close to the lamps, designated by shading in Figure 2B.
  • the unshaded regions remain uncooked or undercooked.
  • FIG. 3A shows a circular food surface 104, such as a pizza, positioned underneath a single radiation source 100a having a length 1.
  • the radiation source is parallel to and shorter than diameter d of the pizza.
  • FIG 3B when the pizza is rotated about its center C, the radiation source cooks a circular region AA having diameter equal to the length 1 of the radiation source 100a.
  • cooked portion AA is itself non-uniformly cooked: the regions that are closer to the center C spend more time under the radiation source and therefore are cooked more thoroughly than those regions that are further away from it.
  • Figure 5A shows five equally spaced radiation sources 100c, 100d, 100e fixed over a pizza 104 which is positioned on a rotating rack (not shown). Lamps similarly positioned are described in U.S. 5,036,179 and GB-A-2 180 637.
  • the sources are equal in length, and their length 1 is less than the diameter d of the pizza 104.
  • the center source 100c lies above the diameter of the pizza, and the outer radiation sources are positioned parallel to it.
  • the present invention utilizes an array of light sources asymmetrically placed with respect to the diameter of a rotating rack.
  • the lamps have a length that is shorter than the width or diameter of a cooking area. Rotation of a food item beneath the asymmetrically placed lamps causes substantially all of the food surface to be exposed to substantially the same radiation for a substantially equal period of time and therefore results in substantially uniform cooking of the food item.
  • the present invention is comprised generally of an oven 10, a rotating circular rack 31, and upper and lower arrays 18, 16 of radiant energy sources, or lamps.
  • Figure 6 is a front section view of the oven.
  • the energy for cooking is supplied by lower heating lamps 16 and upper radiation heating lamps 18.
  • the lamps are preferably quartz-halogen tungsten lamps which are capable of producing approximately 2 kW of radiant energy with a significant portion of the light energy in the visible light spectrum.
  • the lighted portion of a preferred lamp has a length of approximately 25.4 cm (10 inches).
  • the inner surface of the inner wall 12 is preferably a highly polished metal, such as aluminum or stainless steel, which is very reflective to the wide spectrum of wavelengths from the radiant lamps.
  • the oven has a door 40 ( Figure 7) which also has a reflective inner surface.
  • Two radiation transparent plates 20 and 24 are used to isolate the cooking chamber from the radiant lamps, making the oven easier to clean. These plates can be formed from materials, such as high quality heat-resistant glasses and ceramics that are transparent to visible, non-visible and infrared radiations.
  • the lower transparent plate 20 is supported by brackets 22a and 22b and is positioned above the lower lamps 16.
  • the upper transparent plate 24 is supported by brackets 26a and 26b and is positioned below upper lamps 18.
  • Shelf 28 is mounted between the transparent plates inside the oven chamber. As shown in Figure 8A, the shelf 28 has a circular cut out portion 27 which is lined at its perimeter by a track 29.
  • the rack has a diameter of preferably 30.48 - 35.56 cm (12 to 14 inches) and is capable of rotating around an axis of rotation, designated r.
  • Rollers 35 are positioned such that when one of them is rotated by a motor (not shown), they engage with the perimeter portion of the rack, causing the rack to rotate within the track 29.
  • Figure 7 shows a side section of the preferred oven according to the present invention.
  • By appropriately selecting the lateral spacing between the lamps relative to the food even cooking can be achieved over the entire surface. This is accomplished by rotating the food item using the rack 31 and by arranging the lamps such that during the cooking cycle aLl regions of the food surface receive equivalent amounts of energy from the lamps. As described above, this requires arranging the lamps such that all regions of the food surface are positioned directly underneath a lamp for substantially equivalent periods of time.
  • This desired result is most readily accomplished by positioning the lamps asymmetrically with respect to the midline m of the lamp array. Asymmetry is achieved by positioning unequal numbers of lamps on either side of the midline, and/or by positioning the lamps at unequal distances from the midline such that the lamp arrangements on either side of the midline are not "mirror images" of one another.
  • an equal number of equally spaced lamps may be positioned on either side of the midline, and asymmetrical configurations of lamps may be selectively illuminated depending on the size and of the food item sought to be cooked and its ability to absorb visible light. Because different food types will be capable of absorbing different amounts of energy, a configuration of this type would be particularly helpful when, for example, a dish containing various foods is positioned on the rack for cooking.
  • FIG. 9 A top view of the preferred lamp array is shown in Figure 9.
  • the lamps in the upper and lower arrays are identically arranged. Positioning of the lamps will be described with respect to a midline m which bisects the array and which intersects the axis of rotation r ( Figures 6 and 7) of the rack 31.
  • Three of the lamps, 18a, 18b, and 18c, are positioned on one side of the midline and are respectively 13.97 cm (5.5 inches), 11.43 cm (4.5 inches) and 2.54 cm (1 inch) from the midline.
  • the remaining two lamps, 18d, 18e are positioned on the opposite side of the midline and are positioned 8.89 cm (3.5 inches) and 14.49 cm (5.9 inches) from the midline, respectively.
  • the lamps are positioned approximately 7.62 cm (3 inches) above the rack 31.
  • the lateral positions of the lamps from the midline can be varied plus or minus .32 cm (one-eighth inch) from their stated positions while still maintaining substantially uniform radiation across the food location.
  • the food item sought to be cooked is positioned on the rack 31 and the door 40 is closed.
  • the motor is switched on, causing the roller to engage and rotate the rack.
  • the lamps are illuminated for a predetermined cooking time, causing the food item to cook uniformly.

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Claims (8)

  1. Ofen (10) zum Kochen einer Speise (32), mit
    einem Speisenträger (31), der um eine Drehachse (r) drehbar ist; und
    einer Strahlungsquelle zum Abstrahlen von Strahlungsenergie auf den Speisenträger (31), welche einen wesentlichen Teil des sichtbaren und nahen sichtbaren Lichtbereich des elektromagnetischen Spektrums besitzt, wobei die Strahlungsquelle eine Reihe von langgestreckten Leuchten (18a-18e) umfasst und sich die Längsachse jeder Leuchte parallel zur Längsachse der anderen Leuchten erstreckt und die Leuchten derart über dem Speisenträger (31) positioniert sind, dass der senkrechte Abstand zwischen jeder Leuchte und einer die Rotationsachse (r) enthaltenden und sich parallel zu den Längsachsen der Leuchten erstreckenden Ebene sich von dem Abstand zwischen der Ebene und den anderen Leuchten unterscheidet, und wobei wenigstens eine Leuchte auf jeder Seite der Ebene positioniert ist.
  2. Ofen (10) nach Anspruch 1, bei welchem die Strahlungsquelle weiterhin eine Reihe von zweiten Leuchten (16a-16e) aufweist und die Längsachse jeder zweiten Leuchte sich parallel zur Längsachse der anderen zweiten Leuchten und zu der Ebene erstreckt, und wobei die zweiten Leuchten unterhalb des Speisenträgers (31) derart positioniert sind, dass der senkrechte Abstand zwischen jeder zweiten Leuchte und der Ebene sich von dem Abstand zwischen der Ebene und den anderen zweiten Leuchten unterscheidet.
  3. Ofen zum Kochen einer Speise mit
    einem Speisenträger (31), der um eine Rotationsachse (r) drehbar ist; und
    mit einer Strahlungsquelle, die Strahlungsenergie mit einem wesentlichen Anteil im sichtbaren und nahem sichtbaren Lichtbereich der elektromagnetischen Strahlung auf den Speisenträger (31) richtet, wobei die Strahlungsquelle aufweist:
    eine Reihe erster Leuchten (18a-18c), wobei die Längsachse jeder ersten Leuchte sich parallel zur Längsachse der anderen ersten Leuchten erstreckt und die ersten Leuchten oberhalb des Speisenträgers (31) derart positioniert sind, dass der senkrechte Abstand zwischen jeder ersten Leuchte und einer Ebene, die die Rotationsachse (r) enthält und sich parallel zu den Längsachsen der ersten Lampen erstreckt, sich von dem Abstand zwischen der Ebene und den anderen ersten Leuchten unterscheidet, und wobei alle ersten Leuchten auf einer Seite der Ebene positioniert sind, und
    eine Reihe zweiter Leuchten (18d-18e), wobei die Längsachse jeder zweiten Leuchte sich parallel zu den Längsachsen der anderen zweiten Leuchten und zu der Ebene erstreckt, und wobei die zweiten Leuchten oberhalb des Speisenträgers derart positioniert sind, dass der senkrechte Abstand zwischen jeder zweiten Leuchte und der Ebene sich von demjenigen der anderen zweiten Leuchten unterscheidet, und wobei weiterhin alle zweiten Leuchten auf derjenigen Seite der Ebene positioniert sind, die gegenüber derjenigen Seite liegt, an welcher die ersten Leuchten lokalisiert sind, und wobei die Reihe der ersten Leuchten (18a-18c) wenigstens eine Leuchte mehr als die in der Reihe der zweiten Leuchten (18d-18e) enthaltenen Leuchten aufweist.
  4. Ofen nach Anspruch 3, wobei die Strahlungsquelle weiter umfasst:
    eine Reihe dritter Leuchten (16a-16c), wobei die Längsachse jeder dritten Leuchte sich parallel zu der Ebene erstreckt und die dritten Leuchten unterhalb des Speisenträgers (31) derart positioniert sind, dass der senkrechte Abstand zwischen jeder dritten Leuchte und der Ebene sich von demjenigen der anderen dritten Leuchten unterscheidet, und wobei alle dritten Leuchten (16a-16c) auf der gleichen Seite der Ebene wie die ersten Leuchten (18a-18c) positioniert sind, und
    wobei eine Reihe von vierten Leuchten (16d-16e) vorgesehen ist, wobei die Längsachse jeder vierten Leuchte sich parallel zu der Ebene erstreckt und die vierten Leuchten unterhalb des Speisenträgers (31) derart positiniert sind, dass der senkrechte Abstand zwischen jeder vierten Leuchte und der Ebene sich von demjenigen der anderen vierten Leuchten unterscheidet und wobei weiterhin alle vierten Leuchten auf der gleichen Seite der Ebene wie die zweiten Leuchten positioniert sind, und wobei schließlich die Reihe der dritten Leuchten (16a-16c) wenigstens eine Leuchte mehr als die Reihe der vierten Leuchten (16d-16e) umfasst, oder die Reihe der vierten Leuchten wenigstens eine Leuchte mehr als Reihen der dritten Leuchten aufweist.
  5. Ofen (10) nach Anspruch 1 oder 3, wobei der Speisenträger (31) Kanten und eine breiteste Ausdehnung (d) aufweist, die sich zwischen den Kanten in einer Richtung senkrecht zur Rotationsachse (r) erstreckt, und wobei die breiteste Dimension (d) größer ist als die Länge der Leuchten.
  6. Ofen (10) zum Kochen einer Speise, mit
    einem um eine Drehachse (r) drehbaren Speisenträger (31) mit Kanten und einer breitesten Ausdehnung (d), die sich zwischen den Kanten in einer Richtung senkrecht zur Rotationsachse (r) erstreckt; sowie mit
    einer Reihe langgestreckter Leuchten (18a-18e) zum Bestrahlen des Speisenträgers (31) mit einer Strahlungsenergie, die einen wesentlichen Teil aus dem sichtbaren und nahen sichtbaren Lichtbereich des elektromagnetischen Spektrums aufweist, wobei jede Leuchte eine Fadenlänge (L) besitzt, die im wesentlichen gleich 10/12d ist, und wobei jede Lampe eine Längsachse aufweist, die sich parallel zu den Längsachsen der anderen Leuchten erstreckt, wobei die Reihe aufweist
    eine erste Leuchte (18c), die oberhalb des Speisenträgers (31) in solcher Weise positioniert ist, dass der senkrechte Abstand zwischen der ersten Reihe und einer die Rotationsachse (r) enthaltenden und sich parallel zu den Längsachsen der Leuchten erstreckenden Ebene im wesentlichen gleich 1/10L ist,
    eine zweite Leuchte (18b), die oberhalb des Speisenträgers (31) derart positioniert ist, dass der senkrechte Abstand zwischen der zweiten Leuchte und der Ebene im wesentlichen gleich 4,5/10L ist,
    eine dritte Leuchte (18a), die oberhalb des Speisenträgers (31) in solcher Weise positioniert ist, dass der senkrechte Abstand zwischen der dritten Leuchte und der Ebene im wesentlichen gleich 5,5/10L ist,
    eine vierte Leuchte (18d), die über dem Speisenträger (31) derart positioniert ist, dass der senkrechte Abstand zwischen der vierten Leuchte und der Ebene im wesentlichen gleich 3,5L ist, und
    eine fünfte Lampe (18e), die oberhalb des Speisenträgers (31) derart positioniert ist, dass der senkrechte Abstand zwischen der vierten Leuchte und der Ebene im wesentlichen gleich 5,9/10L ist,
    wobei die ersten, zweiten und dritten Leuchten (18c, 18b, 18a) auf einer Seite der Ebene und die vierten und fünften Leuchten (18d, 18e) auf der gegenüberliegenden Seite der Ebene lokalisiert sind und Mittel (35) zum Drehen des Speisenträgers (31) um die Rotationsachse (r) vorgesehen sind.
  7. Verfahren zum Kochen einer Speise, die auf einem Speisenträger (31) positioniert ist, welcher eine Rotationsachse (r) und eine die Rotationsachse (r) enthaltende Ebene aufweist, mit folgenden Schritten:
    die Speise mit einer Strahlungsenergie bestrahlen, die einen wesentlichen Teil aus dem sichtbaren und nahen sichtbaren Lichtbereich des elektromagnetischen Spektrums aufweist;
    Auslösen der Strahlungsenergie aus mehreren beabstandeten Leuchten (18a-18e) mit im wesentlichen parallelen Längsachsen, wobei die Längsachsen parallel zu der die Rotationsachse (r) des Speisenträgers (31) enthaltenen Ebene sich erstreckt, und wobei die Leuchten oberhalb des Speisenträgers positioniert und mit unterschiedlichen Abständen von der Ebene beabstandet sind und wenigstens eine der Leuchten (18a) auf einer Seite der Ebene und wenigstens eine der Leuchten (18d) auf einer gegenüberliegenden Seite der Ebene positioniert sind, und
    Drehen des Speisenträgers (31) um die Rotationsachse (r).
  8. Verfahren zum Kochen einer auf einem Speisenträger (31) positionierten Speise, welcher eine Rotationsachse (r) und eine die Rotationsachse (r) enthaltene Ebene aufweist, mit folgenden Schritten:
    Bestrahlen der Speise mit Strahlungsenergie, die einen wesentlichen Teil im sichtbaren und nahen sichtbaren Lichtbereich des elektromagnetischen Spektrums aufweist;
    Auslösen eines ersten Teils der Strahlungsenergie aus einer ersten Reihe (18d-18e), einer Anzahl N von beabstandeten ersten Leuchten mit im wesentlichen parallelen Längsachsen, wobei die Längsachsen sich parallel zu der die Rotationsachse (r) des Speisenträgers (31) enthaltenen Ebene sich erstrecken und die ersten Leuchten (18d-18e) oberhalb des Speisenträgers auf einer Seite der Ebene positioniert und mit unterschiedlichen Abständen von der Ebene beabstandet sind;
    Auslösen eines zweiten Teils der Strahlungsenergie aus einer zweiten Reihe (18a-18c) einer größeren Anzahl als N von beabstandeten zweiten Leuchten, die im wesentlichen parallele Längsachsen aufweisen, die sich parallel zu der die Rotationsachse in (r) des Speisenträgers (31) enthaltenen Ebene sich erstrecken, wobei die zweiten Leuchten oberhalb des Speisenträgers auf derjenigen Seite der Ebene positioniert sind, die derjenigen Seite, an der die ersten Leuchten lokalisiert sind, gegenüberliegt, und mit unterschiedlichen Abständen zur Ebene beabstandet sind; und
    Drehen des Speisenträgers (31) um die Rotationsachse (r).
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