KR100441815B1 - 열전달방법,열전달제어방법,유체흐름스위핑방법및열전달장치 - Google Patents

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Abstract

제품의 표면에 열을 전달하기 위한 장치는 제품 지지체(130), 덕트 입구, 출구를 갖는 덕트, 덕트 수직축 및 유체가 출구 쪽으로 덕트의 세로로 흐르도록 덕트의 입구로 온도 제어된 유체를 운반하기 위한 플리넘을 포함한다. 다공판은 소정 방향으로 유체의 제트를 형성하기 위해 통상 제품 지지체(130) 쪽으로 연장되는 오리피스 축을 갖는 적어도 하나의 오리피스들을 갖고, 제트 축을 갖는다. 덕트의 세로 덕트축은 제품 지지체(130)에 대하여 제트 축을 이동하기 위해 오리피스 축에 대하여 제트 축의 방향을 바꾸기 위해 오리피스 축에 대하여 이동한다.

Description

열 전달 방법, 열 전달 제어 방법, 유체 흐름 스위핑 방법 및 열 전달 장치
발명의 명칭이 "제품의 온도 및 표면 조직을 제어하기 위한 방법 및 장치" 인 특허 제 5,310,978 호에 개시된 마이크로웨이브 오븐 및 발명의 명칭이 "턴테이블 컨벡션 오븐(TURNTABLE CONVECTION OVEN)"인 특허 제5,205,274호에 개시된 충돌 오븐 및 발명의 명칭이 "밸런스트 에어 리턴 대류 오븐(BALANCED AIR RETURN CONVECTION OVEN)인 특허 제5,131,841호 등에 개시된 마이크로 오븐은 상술한 특허들 중 후자의 2개의 경우에는, 통상 식료품이 정지 제트들에 대해 컨베이어(conveyor) 또는 턴테이블(turntable) 상에서 이동하고, 상술한 첫 번째특허에서는, 공기의 불연속 제트들이 식료품의 표면을 가로질러 스위핑하도록 야기하기 위해 공기 덕트가 식료품에 대하여 이동한다. 충돌 오븐(impingement oven)은 순환공기와 식료품간의 열 전달 속도가 확산된 공기가 요리실을 통해 순환되는 대류 오븐(convection oven)에 의해 달성되는 것보다 상당히 크기 때문에 상업적 음식 서비스 및 음식 처리 응용들에 널리 사용된다.
통상, 특허 제5,147,994호에 개시된 바와 같이 마이크로웨이브 가열(heating)과 결합한 제트 충돌 가열의 사용은 강한 제트들이 식료품의 표면에 열을 급속하게 전달하면서 그 식료품의 해동(thawing) 또는 가열(heating)에 마이크로웨이브 에너지가 사용되기 때문에 매우 급속한 가열을 제공한다. 마이크로웨이브 및 제트 충돌 결합으로 요리된 식료품들은 향상된 표면 조직을 갖고 종래의 마이크로웨이브 오븐에서 요리된 식료품보다 맛이 좋다.
마이크로웨이브 및 제트 충돌 가열이 주방에 설치하기에 적당하게 유닛으로의 유리한 특징들을 통합한 가정 사용에 적합한 소형 오븐을 개발하는데 어려움이 있었다. 충돌 오븐들은 비교적 많은 양의 공기 흐름을 필요로 한다. 큰 모터들 및 팬들은 보다 큰 소음을 발생하고 주방에서 요구되는 것보다 큰 전력을 소모한다.
주방 내에 "조립(built-in)" 응용에 적당한 오븐이 바람직하게는 종래의 "조립" 오븐들과 동일한 크기이며 벽에 형성된 개구를 통해 수용 가능한 캐비닛에 설치된다. 충돌 오븐 디자인은 지금까지 식료품과 충돌 제트들과 큰 충돌 공기 순환 시스템간의 상대적인 이동을 부여하기 위한 기구들 때문에 종래의 오븐들보다 크게 고안되었다.
본 발명은 마이크로웨이브 및 제트 충돌 오븐에 관한 것이다.
< 관련 출원의 교차 참조 >
본 발명은 1990년 1월 10일자 제 07/463,279호로 출원되고 제 5,147,994 호로 특허된 발명의 연속 출원 건인 1991년 6월 28일자 제 07/723,250 호로 출원되었고, 특허번호 제 5,210,387 호로 특허 허여된 발명의 연속 출원 건이며, 1992년 10월 9일자로 출원된, 출원번호 제 07/958,968 호의 분할 출원 건인 1995년 3월 24일자로 출원된 출원번호 제 08/410,486 호의 일부 연속 출원 건이다.
도 1은 구성을 보다 명확히 나타내기 위해 파단된 제트 충돌 배취형 오븐의 사시도.
도 2는 구성을 보다 명확히 하기 위해 파단된 부분 평면도.
도 3은 도 2의 3-3 선을 따라 취한 단면도.
도 4는 상부 제트 플레이트의 평면도.
도 5는 상부 제트 플레이트의 정면도.
도 6은 도 2의 6-6 선을 따라 취한 확대 개략 단면도.
도 7은 도 6의 7-7선을 따라 화살표 방향에서 본 개략도.
도 8은 교반기(stirrer) 플레이트의 바닥을 도시한 사시도.
도 9는 바닥 제트 플레이트의 바닥의 상부를 도시한 사시도.
도 10은 바닥 제트 플레이트의 바닥을 도시한 사시도.
도 11은 바닥 제트 플레이트의 상면도.
도 12는 바닥 제트 플레이트의 전방 입면도.
도 13은 바닥 제트 플레이트의 측면도.
도 14는 팬 랙의 사시도.
도 15는 팬 랙의 상면도.
도 16은 팬 랙의 정면도.
도 17은 팬 랙의 단면도.
본원에 개시된 오븐은 교반 기구(stir mechanism)가 회전함에 따라 이동하는 공기의 제트들을 형성하면서 마이크로웨이브를 뒤섞는 오븐 내에 형성된 공기 덕트를 갖는 교반 기구를 포함한다. 개시된 실시예에서, 교반 기구는 디스크를 통해 마이크로웨이브 에너지의 전달을 허용하기 위해 덕트의 외부에 형성된 개구들을 갖는 디스크의 중앙부내에 형성된 개구 측면을 갖는 길어진 덕트를 포함한다. 교반 기구가 회전함에 따라, 제트 플레이트 내의 개구들을 향해 그 덕트를 통해 흐르는 공기의 방향은 그 개구를 통해 흐르는 공기의 제트들이 그 개구의 축에 대해 진동하도록 일정하게 변화된다.
팬 내의 식료품 바닥 표면에 대한 열의 세기는 바닥 제트 플레이트 위에 팬을 지지하는 랙의 높이를 바꿈으로써 조정 가능하다.
2개의 모터들은 상부 및 바닥 제트 형성 디바이스들에 공기를 운반하는 송풍기(blower)들을 독립적으로 제공하도록 제공된다. 2개의 모터들 및 2개의 송풍기들의 사용은 상부 및 바닥 제트 형성 디바이스들을 통해 운반된 공기 양의 독립적인 조정을 허용한다. 단일의 큰 모터보다 2개의 작은 모터들의 사용이 그 오븐을 표준 오븐 면적에 적합하도록 공간 사용을 개선시킨다. 복수의 작은 팬들은 저소음 수준에서 운전하는 동안 상당한 양의 공기를 운반할 수 있다.
본 발명이 바람직한 실시예의 도면들은 본 발명이 보다 양호해질 수 있고 보다 완전히 이해될 수 있도록 본 명세서에 첨부된다.
도면의 여러 숫자들을 통해 동일한 부분들을 지정하는데 동일한 참조번호들이 사용되었다.
도 1을 참조하면, 도면부호 10은 오븐이 장착된 외부 케이스(10)를 지정한다. 케이스(10)는 이격된 측벽들(12, 14), 바닥 벽(15), 후벽(16) 및 상부 벽(18)을 포함한다. 케이스(10)의 정확한 구조는 오븐 설치의 형태에 의존하여 변경할 수 있다. 측벽들(12, 14)의 에지들 앞에 그 오븐이 "조립"된다면, 바닥(15) 및 상부(18)가 바람직하게 벽 또는 캐비닛류에 개구 내에 그 케이스 장착을 용이하게 하기 위해 플렌지(flange)들이 제공될 것이다.
오븐 캐비닛(20)이 요리실(30)을 둘러싸는 이격된 측벽들(22, 24), 바닥 벽(25), 후벽(26) 및 상부벽(28)을 갖는다. 도 3에 가장 잘 나타낸 바와 같이, 바닥 벽(25)은 오븐 캐비닛(20)의 앞을 향해 위로 경사진다.
도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 일반적으로 도면부호 40으로 지정된 송풍기 어셈블리(blower assembly)가 케이스(10)의 후벽(16)과 오븐 캐비닛(20)의 후벽(26) 사이에 장착된다. 송풍기 어셈블리(40)는 테이퍼 공기 리턴 덕트(tapered air return duct)(45)를 형성하기 위해 후벽(26)에 장착된 리어 배플(rear baffle)(46) 및 파티션 벽(42)을 포함한다. 공기 리턴 개구(35)는 공기 리턴 덕트(45)의 내부와 요리실(30)사이에 유체 전달을 제공하기 위해 오븐 캐비닛(20)의 후벽(26)에 형성된다. 다공판(36)은 공기 리턴 개구(35)를 덮는다. 다공판(36)은 요리실(30)로부터 공기의 통로를 방해하지 않도록 연장되는 충분히 많은 수의 개구들을 갖는다. 다공판(36) 내의 개구들은 요리실(30)로부터 공기 리턴 덕트(45) 내로 마이크로웨이브 에너지가 통과하는 것을 방지하기 위한 크기로된다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 가열 소자들(32, 34)은 리턴 덕트(45)내의 공기를 가열하기 위해 오븐 캐비닛(20)의 후벽(26)과 배플(46) 사이에 장착된다. 가열 소자들(32, 34)은 바람직하게는 전기 가열 소자들이며, 각각은 공기 온도의 연속적인 제어를 제공하기 위한 제어들에 접속된다. 가열 소자들(32, 34)은 공기 리턴 덕트(45)를 통해 흐르는 공기의 온도를 제어하기 위해 독립적으로 또는 동시에 사용될 수 있다. 가열 소자들(32, 34)은 덕트들(58, 68) 내에 장착된 다른 가열소자와 결합되거나 또는 개별적으로 사용될 수 있다. 가열 램프 또는 마이크로웨이브에 의해 가열될 서셉터 물질로 코팅된 표면들과 같은, 요리실(30)을 통해 순환되는 공기의 온도를 제어하기 위한 다른 수단이, 그렇게 하는 것이 편리하다면 사용될 수 있다.
도 3에 가장 잘 도시된 한 쌍의 범퍼들(38)은 팬들의 후벽(26)과의 접촉을 방지하기 위해 후벽(26)에 고정된다. 범퍼들(38)은 바람직하게는 금속 팬들과 다공판(36) 간의 아크를 방지하기 위해 전기적으로 비전도성 물질로 코팅된다.
송풍기 흡입 개구들(48, 50)은 파티션 벽에 형성된다. 송풍기(52)는 송풍기 하우징(56) 내에 장착되는 전기 모터(54)에 의해 구동된다. 송풍기 하우징(56)은 상부 운송 통로(60)를 통해 공기를 운반하기 위해 상부 운반 덕트(58)를 통해 연통한다. 전기 모터(64)에 의해 구동되는 제 2 송풍기(62)는 하우징(66)내에 장착된다. 하우징(66)은 바닥 운반 통로(70)를 통해 공기를 운반하기 위해 바닥 운반 덕트(68)와 연통한다.
도 2 및 도 3에 가장 잘 도시된 바와 같이, 공기 유도 그리드들(57, 67)은 상부 운반 덕트(58) 및 바닥 운반 덕트(68) 각각에 장착된다. 공기 유도 그리드들(57, 67)은 상부 및 바닥 운반 통로들(60, 70)을 통해 일반적으로 평행한 공기 흐름들로 돌출한 복수의 긴 통로들을 형성하기 위해 결합된 파티션들을 수평 및 수직으로 연장함으로써 형성된다. 각 공기 유도 그리드(57, 67)를 통과하는 각 통로는 바람직하게는 그 통로를 통과하는 임의의 단면적의 최대 크기와 같거나 더 큰 길이를 갖는다. 또한, 각 그리드들(57, 67)을 통과하는 각 통로의 단면적은 바람직하게는 그 곳을 통과하는 마이크로웨이브들의 통과를 차단하기에 충분한 크기 및 길이를 가진다.
공기 유도 그리드들(57, 67)은 상부 및 바닥 운반 통로들(60, 70)을 통과하는 공기의 평행한 흐름을 형성 및 운반한다. 또한, 공기 유도 그리드들(57, 67)은 요리실(30)로부터 마이크로웨이브 에너지가 송풍기 어셈블리(40) 내로의 누출을 방지한다.
도 3 및 도 9 내지 도 13에 가장 잘 도시된, 바닥 제트 플레이트(75)는 상부면(upper surface)(74) 및 하부면(lower surface)(76)을 갖는다. 오리피스들(72)의 이격된 행들은 바닥 제트 플레이트(75)를 통해 연장한다. 배플(baffle)(78)은 바닥 제트 플레이트(75)의 하부면(76)에 용접(welded) 또는 다른 방법으로 고정되고 통로들(72)을 통과하는 공기 흐름을 평형으로 하기 위해 배플(78)의 대향 측들 상에 통로들(72)로의 공기 흐름을 유도하기 위한 하부 덕트(68)로부터 바닥 운반 통로(70)의 대향 에지에 인접하게 배치할 수 있는 단부(78a)를 갖는다.
도 11에 가장 잘 도시된 바와 같이, 오리피스(72)는 오븐 캐비닛(20)의 후 벽(26)에 형성된 공기 리턴 개구(35)를 향해 연장하는 오리피스들(72) 사이에 공기 리턴 통로들(73)의 배열을 형성하기 위해 행들로 배열된다. 오리피스들(72)은 바람직하게는 오리피스들(72)을 통해 흐르는 공기의 불연속 흐름들의 "유실(washout)"을 최소화하기 위해 공기 리턴 통로들(73)을 형성하기 위해 일정 패턴으로 배열된다.
도 2 내지 도 7에 가장 잘 도시된 바와 같이, 상부 제트 플레이트 어셈블리는 일반적으로 도면부호 80으로 표시된다. 상부 제트 플레이트 어셈블리(80)는 일반적으로 플리넘(85)을 둘러싸는 나선형 외부 측벽(82), 상부 벽(84) 및 바닥 벽(86)을 갖는다. 윈도우(88)가 바닥 벽(86)에 형성되고 그곳을 통해 형성된 오리피스들(92a-92l)의 배열을 갖는 오리피스 플레이트(90)에 의해 덮여진다. 도시된 실시예에서, 오리피스 플레이트(90)는 그 오리피스들(92a-92l)이 행들 및 열들로 배치되도록 각 행에 3개의 오리피스들을 갖는 4개의 행들을 가지며, 그 오리피스들은 각 행 및 각 열에서 실질적으로 동일하게 이격된다.
일반적으로 도면부호 95로 표시되고, 도 2, 도 3 및 도 8에 가장 잘 도시된 교반기(stirrer)는 중앙에 쐐기형 절단부(96)를 가지고, 그 절단부(96)의 대향측들에 인접한 복수의 사각형 절단부들(98)을 갖는 일반적으로 편평한 디스크 소자(94)에 의해 형성된다. 이후 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 절단부(96)는 마이크로웨이브 에너지가 이격된 절단부들(98)을 통해 운반되는 동안 공기가 오리피스들(92a-92l)로 운반되는 출구를 형성한다.
상부 공기 공급 덕트(100)는 측벽들(102, 104) 및 상부벽(106)에 의해 형성된다. 측벽들(102, 104)은 경사지고 디스크(94)의 중앙 절단부(96)의 에지들에 인접하여 용접 또는 다른 방법으로 고정된 하부 에지들을 갖는다. 단부벽(103)은 측벽들(102, 104) 사이에서 연장되고 테이퍼 절단부(96)의 좁은 단부에 인접하여 디스크(94)에 용접 또는 다른 방법으로 고정된 하부 에지들 및 덕트(100)의 상부 벽(106)에 용접 또는 다른 방법으로 고정된 상부 에지들을 갖는다.
수직면에서 봤을 때, 측벽들(102, 104)의 상부 및 하부 에지들은 상부벽(106)이 단부벽(103)을 향해 하방으로 기울어지도록 단부벽(103)을 향해 하방으로 경사진다. 측벽들(102, 104)사이와, 상부벽(106)과 제트 플레이트(92)사이의 공기통로(105)가 테이퍼된다. 덕트(100)는 공기 통로(105)의 단면 영역이 수평 및 수직 평면에서 봤을 때, 단부벽(103) 쪽으로 감소하기 때문에 이중 테이퍼를 갖는다고 말할 수 있다. 마이크로웨이브 투명 물질로 구성된 플레이트(99)는 덕트(100)의 대향 측들에 인접한 디스크(94)의 날개부분(94a, 94b)에 형성되는 절단부(98)를 덮는다.
도 2를 참조하면, 날개 부분들(94a, 94b) 및 플레이트(99)는 덕트(100)가 도 2에 도시된 위치에 있을 때 오리피스들(92a, 92b, 92c, 92j, 92k, 92l)을 통과하는 공기의 흐름을 완벽하게 차단한다. 오리피스들(92d, 92g)은 오리피스들(92e, 92f, 92h, 92i)이 덮이지 않고 덕트(100)내 공기 통로(105)와 연통하는 동안 부분적으로 차단된다.
드라이브 커플링(108)은 덕트(100)의 상부벽(106)의 상부면에 고정된다. 구동 샤프트(109)는 구동 커플링(108)을 통해 교반기(95) 및 덕트(100)에 회전을 부가한다. 구동 샤프트(109)는 풀리들 및 벨트, 체인 및 스프로킷들 또는 직류 구동 모터를 포함하는 임의의 구동 기구에 의해 구동될 수 있다. 예시된 실시예에서 드라이브 샤프트(109)는 전기 모터(110)에 의해 기어 박스(110a)를 통해 구동된다. 모터(110) 및 기어 박스(110a)는 바람직하게는 분당 약 4회전 및 분당 약 60회전 사이의 범위의 속도로 교반기(95)의 회전을 허용하도록 선택된다. 교반기(95) 및 덕트(100)가 분당 약 4와 20 회전 사이의 속도 범위로 회전할 때 일반적으로 가장 좋은 결과가 달성된다는 것을 알았다.
바람직하게는 상부벽(18)은 구동 샤프트(109)가 구동 커플링(108)과 구동 가능하게 결합하기 위해 연장하는 개구를 갖는다. 모터(110) 및 기어 박스(110a)는 바람직하게는 오븐 캐비닛(20)의 상부벽(18)의 상부면에 장착된다. 또한, 바람직하게는 오븐 케이스(10)의 상부벽(18)은 개구(112)를 갖고 그곳을 통해 마이크로웨이브 에너지가 마그네트론(115)으로부터 도파관(114)을 통해 운반된다.
리턴 덕트(45)를 통해 흐르는 유체의 온도는 리턴 덕트 내의 가열 소자들(32, 34)에 접속된 조절 가능한 온도조절기(thermostat)에 의해 제어된다. 모터(110)는 유체가 각 오리피스(92)를 통해 흐를 때 유체 흐름이 형성되도록 각 오리피스(92a-92l)를 향해 송풍기(52)로부터 통로들의 배열을 설정하기 위해 덕트(100)를 회전한다. 온도 제어된 유체가 통로 배열의 각 통로를 따라 운반될 때, 각 오리피스로부터 흐르는 유체의 각 흐름의 방향은 도 6 및 도 7에 도식적으로 예시된 바와 같이, 오리피스를 향한 유체 흐름의 방향 변화에 따라서 변화한다.열은 제품의 표면에 충돌하는 유체의 흐름과 제품의 표면 사이에 전달된다.
플리넘 챔버(85) 내의 공기는 공기 흐름 또는 제트(J)가 형성되도록 출구 오리피스(92)를 향해 통로들의 배열을 따라 회전 덕트(100)를 통해 흐른다. 덕트(100)가 회전함에 따라, 출구 오리피스(92)로부터 유체의 흐름 또는 제트(J)의 방향을 변화시키는 출구 오리피스(92)에 대한 통로의 방향은 일정하게 변화한다.
각 오리피스(92)를 향해 유체흐름의 방향을 제어하는 것은 제품 표면을 향해 오리피스(92)로부터 흐르는 유체의 방향을 제어한다는 것이 명백해야 한다. 오리피스(92)를 향해 흐르는 유체의 방향을 바꾸면 오리피스로부터 흐르는 유체의 방향을 제품의 표면 쪽으로 변화한다.
유체는 덕트 출구(107)를 향해 세로 덕트 축(100A)을 갖는 덕트(100)를 통하게 향한다. 덕트(100)의 축(100A)이 오리피스 축(92A)에 대해 이동할 때, 제트 축(91A)의 하부 단부(91A')는 오리피스 축(92A)에 대해 이동한다.
앞서 기재된 바와 같이, 오븐 케이스(10)는 측벽들(12, 14), 상부벽(15), 바닥 벽(18) 및 후벽(16)을 갖는다. 오븐 케이스(10)는 측벽들(22, 24), 상부벽(25), 바닥 벽(28) 및 후벽(26)을 갖는 오븐 캐비닛(20) 주위로 연장된다. 오븐 캐비닛(20)내부에 요리실은 하부 공기 분배기(75) 및 상부 공기 분배기(80)를 갖는다.
캐비닛(20)의 후벽과 케이스(10)의 후벽(16)사이에 연결된 배플(46)은 배플(46)과 캐비닛(20)의 후벽(26) 사이에 연장되는 파티션 벽(42)에 의해 한 쪽에 결합되는 테이퍼 단일의 공기 리턴 덕트(45)를 형성한다. 바람직하게는 파티션벽(42)은 도 3에 도시된 바와 같이, 적어도 2개의 송풍기 흡입 개구들(48, 50)을 갖는다.
오븐 케이스(10)의 내부의 리어 코너를 사선으로 가로질러 연장하는 리어 배플(46)의 위치의 측면에서, 공간의 실질적인 부피는 송풍기 모터들(54, 64), 교반기 모터(110) 및 마그네트론(115)을 위한 냉각 팬 모터를 작동하기 위한 릴레이들 및 컨트롤러들을 장착하기 위해 제공된다.
제 1 및 제 2 송풍기들(52, 62)은 공기 리턴 덕트(45)를 통해 요리실(30)로부터 공기를 빨아들이고 상부 및 하부 공기 분배기들(80, 75)을 요리실(30)로 분배하기 위해 장착된다. 도 1에 가장 잘 도시된 바와 같이, 저항기들(rheostats) 또는 다른 모터 제어기들과 같은 독립적 제어 수단들(54a, 64a)은 바람직하게는 제 1 및 제 2 송풍기들(52, 62)의 속도를 제어하고 각 송풍기에 의해 요리실(30)로 운반되는 공기의 부피를 독립적으로 제어하기 위해 제공된다. 바람직한 실시예에서, 각 송풍기(52, 62)는 적어도 분당 약 100 입방 피트의 공기를 요리실(30)내로 운반하기 위한 크기로 되고 상부 및 하부 공기 분배기들(80, 75)은 분당 약 1500 및 2500 입방 피트 사이의 범위 내의 제트 속도에서 공기를 요리실(30)로 운반하도록 채택된다.
이하에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 바람직하게는 팬 랙(130)은 요리실(30)내에 임의의 적절한 조정가능 장착 수단(133)에 의해서 지지된다. 예시된 실시예에서, 랙 지지체들(132, 134)은 공기 분배 장치(75, 80)에 대해 팬 랙(130)의 위치를 조정하기 위한 캐비닛(20)의 측벽들(22, 24)에 장착된다.
이하에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 바닥 공기 분배기는 공기 필터(36)에 의해 덮여진, 공기 리턴 통로(35)를 향해 소비된 공기의 실질적으로 차단 없는 흐름을 허용하기 위해 공기 리턴 통로들(73)의 배열을 형성하기 위한 이격된 행들로 배열된 복수의 오리피스들(72)을 갖는 제트 플레이트(75)를 포함한다.
상부 공기 분배기(80)는 온도 제어된 공기가 세로축(100A) 및 출구 통로(105)를 갖는 덕트(100)를 통해 운반된다. 구동 샤프트(109)는 도 1, 도 6 및 도 7에 가장 잘 도시된 바와 같이 오리피스들의 또 다른 부분을 통해 공기가 흐르는 것을 방지하면서 상부 제트 플레이트(90) 내에 형성된 오리피스들(92a-92l)의 일부를 통해 공기를 순차적으로 운반하기 위해 도 3 및 도 8에 도식적으로 예시된 바와 같이 수직축(109a)에 대해 덕트(100)를 회전시킨다.
요리 챔버(30)의 전면으로의 개구는 오븐 캐비닛의 측벽들(22, 24) 사이 그리고 바닥 벽과 상부 벽(25, 28) 사이의 공간을 근접시키기 위해 적당한 힌지(hinge)들(도시되지 않음) 상에 장착된 도어 어셈블리(120)에 의해 닫히게 된다. 힌지들은 바람직하게는 오븐 캐비닛의 바닥 벽(15) 상에 장착된다. 그러나, 만약 그렇게 하는 것이 더 편리하다고 생각되면, 힌지들이 측벽들(22 또는 24) 상에 장착될 수 있음이 쉽게 명백해져야 한다. 도어(120)는 바람직하게는 요리실(30) 내의 식료품들을 볼 수 있도록 허용하기 위해 윈도우(122)가 제공되고, 폐쇄된 위치로 도어를 유지하기 위해 래치(124)가 제공된다.
오븐의 구성요소들을 위한 제어들은 바람직하게는 도어 어셈블리(120)에 인접한 제어 패널(C)상에 장착된다. 예시된 실시예에서, 마이크로웨이브 파워 컨트롤러(M), 프로그램 가능 온도 컨트롤러(T), 요리 시간 컨트롤러(H), 스타트 스위치(S) 및 파워 스위치(0)는 제어 패널(C)상에 장착된다. 또한, 상부 및 하부 송풍기 컨트롤러들(54a, 65a)은 제어 패널(C)상에 장착된다.
주방용 오븐들에서 요리된 식료품들은 통상 양호한 열전도체인 재료로 만들어진 팬 내에 놓인다.
팬 랙(130)은 오븐 캐비닛(20)의 측벽들(22, 24) 상에 장착되는 랙 지지체(132, 134) 사이에 조정 가능하게 장착된다. 각 랙 지지체(132, 134)는 바닥 제트 플레이트(75)에 대해 랙(130)의 수직 조정을 허용하기 위해 수직으로 이격된 홈들(grooves)(133a, 133b, 133c)과 같은 복수의 커넥터들을 갖는다. 랙(130)은 바람직하게는 팬 랙(130) 상에 지지된 도 3에서 점선의 아웃라인으로 도시된, 팬(P)의 하부 표면과 바닥 제트 플레이트(75) 사이의 거리 조정을 허용하기 위해 홈들(133a-133c) 내에 수용되는 대향 에지를 따라 연장하는 레일들(136, 138)을 갖는다.
이 구조에서, 제트들은 공기를 형성하기 전에 팬의 하부면에 충돌하고, 제트는 팬의 하부위에 핫 스폿을 형성하면서 확산된다. 열은 팬의 바닥의 상부 표면의 온도가 오리피스들(72)의 간격을 비교적 균일하도록 각 핫 스폿(hot spot)으로부터 떨어진 금속 팬에 의해 신속하게 전도된다.
랙(130)이 상부 그루브(133a)에 장착될 때, 오리피스들(72)을 통해 흐르는 온도 제어된 공기의 불연속 흐름들이 분산 또는 확산하도록 허용하기 위해 제트 플레이트(75)로부터 충분한 거리만큼 이격된다. 이 위치에서 팬의 바닥까지의 열 전달 속도는 현저히 감소된다.
또한, 팬의 바닥까지의 열전달 속도는 하부 제트 플레이트(75) 아래의 테이퍼 덕트(tapered duct) 내로 공기를 운반하는 송풍기(62)를 구동하는 모터(64)의 속도를 조정함으로써 조정될 수 있다. 바닥 제트 플레이트(75) 내의 오리피스들(72)을 통해 운반된 공기 양의 감소는 열이 팬의 바닥까지 전달되는 속도를 감소시킬 것이다.
만약 랙(130) 상에 지지되는 음식 용기가 양호한 열전도체가 아니라면, 송풍기 모터(64)의 속도는 감소될 수 있을 것이고, 또는 요리될 식료품에 따라 모터(64)가 턴 오프(turn off)될 수 있다.
팬(P)이 양호한 열전도체인 바닥을 갖는다면, 팬의 바닥은 바람직하게는 제트가 충돌하는 팬의 하부에 "핫 스폿들"을 형성하기 위해 제트 플레이트(75)의 상부 표면(74)에 충분히 근접하게 배치된다. 그러나, 열은 팬의 바닥의 상부 표면을 결합하는 제품의 바닥 표면에 실질적으로 균일하게 적용되도록 팬의 바닥을 통해 신속하게 측면으로 전도된다.
만약 팬(P)의 바닥이 양호한 열전도체가 아니라면, 송풍기(62)에 의해 운반되는 공기의 양이 감소될 수 있고, 또는 팬 랙(130)이 팬(P)의 바닥의 상부 표면에 결합된 식료품의 바닥 표면의 부분들을 지나치게 태우는 원인이 될 수 있는 "핫 스폿들"의 형성을 방지하도록 고무될 수 있다.
제트 플레이트(75)가 제트들이 팬(P)의 하부 표면을 가로질러 스위핑하도록 하기 위해, 이동될 수 있고 또는 도면부호 80으로 표시되고 앞서 기재된 것과 유사한 제트 플레이트 어셈블리로 대체될 수 있음을 이해해야 한다.
임의의 예들에서, 빵 조각과 같은 음식 아이템들은 랙(130) 상에 직접적으로 지지될 수 있다.
상부 송풍기(52)에 의해 상부 공기 흡입 개구(48)를 통해 유입된 공기는 상부 운반 덕트(58)를 통해 운반된다. 상부 운반 덕트(58)를 통해 운반된 공기는 상부 운반 통로(60)를 통해 상부 플리넘(85)으로 이동하고 궁극적으로 입구 통로(101)를 통해 덕트(100) 내의 공기 통로(105)로 이동한다.
덕트(100)는 세로로 연장하는 세로축(100A)을 갖는다. 입구 통로(101)를 통해 운반된 공기는 일반적으로 축(100A)에 평행한 방향으로 단부 벽(103)을 향해 흐른다. 브리지(107)는 절단부(96)의 대향 에지들에 인접하여 용접 또는 다른 방법으로 고정된 대향 단부들을 갖는다. 브리지(107)는 오리피스들(91a-92l)을 통해 유체의 흐름을 주기적으로 차단하기 위해 덕트(100)와 함께 회전한다.
공기 통로(105) 내의 공기는 커플러(108)의 축에 대해 회전할 때 덕트(100)의 측벽들(102, 104) 사이에 배치된 오리피스들(92a-92l)을 통해 하방으로 흐른다. 도 6에 가장 잘 도시된 바와 같이, 각 오리피스(92)는 통상 수직 하방으로 연장하는 중앙축(92A)을 갖는다. 그러나, 각 오리피스(92)를 통해 흐르는 공기는 그 축(92A)에 대하여 경사지고 각각의 흐름의 하부 단부는 덕트(100)가 회전할 때 축(92A)에 대해 진동한다. 그러므로, 오리피스들(92)을 통해 흐르는 유체에 의해 형성된 각 제트(J)의 충돌점은 제트 플레이트(92) 아래에 배치된 표면을 가로질러 이동하거나 또는 스위핑할 것이다.
덕트(100)는 랙(130) 위에 놓인 식료품의 표면을 가로질러 스위핑하는 제트들을 형성하기 위해 필요한 공간을 최소화하기 위해 바람직하게는 예를 들어 대략 2인치의 비교적 짧은 높이를 갖는다.
상부 공기 흐름들은 랙(130) 상에 지지된 식료품의 표면을 가로질러 이동하기 때문에, 예를 들어 턴테이블 상에서의 식료품의 이동은 불필요하다. 그러나, 만약 필요하다고 생각한다면, 턴테이블이 랙(130)위에 장착될 수 있고 또는 요리실(30)내의 식료품을 이동시키기 위한 하부 제트 플레이트(75) 상에 직접 지지될 수 있다.
바닥 제트 플레이트(75) 및 상부 제트 플레이트(90)에 형성된 오리피스들은 공기의 상부 및 하부 흐름들을 형성하고 랙(130) 상에 지지된 식료품 쪽으로 운반하기 위해 규격화되고 배치된다. 공기 흐름들이 랙(130) 상에 지지된 식료품의 표면에 충돌한 후, 소비된 공기는 오븐 캐비닛(20)의 후벽(26)에 형성된 공기리턴 개구(35)를 통해 테이퍼 공기 리턴 덕트(45) 내로 흡입된다.
오븐 내에서 요리되는 특정 식료품에 따라서, 송풍기 모터들(54, 64) 중 하나 또는 둘 모두가 그 식료품의 상부 표면 또는 하부 표면 중 어느 하나에 또는 원하면 둘 모두의 표면들에 충돌하도록 공기 제트들을 운반하기 위해 가동(energize)된다. 공기는 그 식료품의 표면들에 충돌하기 위해 마이크로웨이브 에너지를 사용하거나 또는 사용하지 않고 운반될 수 있음이 쉽게 분명해져야 한다. 그렇게 할 필요가 있다고 생각되면, 단일 송풍기가 플리넘(plenum) 내로 공기를 운반할 수 있으며 댐퍼(damper)들은 공기 분배기들의 상부 및 하부에 운반되는 공기의 비율을 제어하는데 사용될 수 있다.
만약, 마그네트론(115)이 턴 "온(on)"되면, 마이크로웨이브 에너지는 도파관(114)을 통해 오븐 케이스의 상부벽(18)과 오븐 캐비닛의 상부벽(28) 사이에 공간으로 운반된다.
교반기(95)가 회전함에 따라, 마이크로웨이브 에너지는 디스크(94) 상의 날개들(94a, 94b)에 형성된 개구들(98)을 덮는 마이크로웨이브 투명 덮개 판(99)을 통해 운반된다. 덕트(100) 및 회전 디스크(94)를 형성하는 표면들의 불규칙한 모양은 뒤섞일 것이고 마이크로웨이브 에너지가 요리실(30)로 운반되는 방향을 일정하게 변화시킬 것이다. 그러므로, 요리실(30) 내의 핫 스폿들은 식료품 위에 국부영역들의 과열을 방지하기 위해 일정하게 교반될 것이다. 또한, 송풍기 모터들(54, 64)이 켜진다면, 제품 표면에 대한 공기 충돌은 제품의 표면을 건조하고 거무스름하게 하고 바삭바삭하게 굽기 위해, 제품 표면의 보다 차가운 부분에 열을 전달하면서 제품의 표면에 과열된 부분의 온도를 감소시킬 것이다.
마이크로웨이브 에너지가 요리에 사용될 때, 제품 내 수분은 표면을 향해 이동하는 경향이 있다. 이러한 수분의 이동은 종종 마이크로웨이브에 의해 요리된 음식을 덜 구워진 부분을 남기는 표면을 향해 이동한다. 그 식료품의 표면에 충돌하는 공기 제트들은 그 식료품의 표면으로부터 수분을 증발시키고, 통상 그 식료품을 단열하고 그 제품의 표면 가열을 감소시키는 경향이 있는 공기 경계층을 닦아내는 강한 열 전달 영역들을 생성한다.
용어들 "위(up)"와 "아래(down)", "앞(front)"과 "뒤(rear)", "상부(top)"와"바닥(bottom)" 및 "위(above)"와 "아래(below)"는 단순히 본 발명의 예시된 실시예의 설명을 용이하게 하는데 사용된 것이며, 이러한 용어들은 본 발명의 범위를 제한하도록 의도된 것이 아님을 이해해야 한다. 용어들 "오리피스(orifice)"와 "오리피스들(orifices)"은 슬롯 또는 속이 빈 관들을 포함하는 유체 흐름을 형성하고 투입하도록 구성된 원형 또는 비원형의 개구들(openings), 통로들(passages), 포트들(ports), 텐트들(vents), 구경들(apertures) 또는 구멍들(holes)을 포함하도록 의도된 것이다. "가열(heating)"은 제품으로 또는 제품으로부터 열을 전달을 의미하도록 의도된 것이고, 냉각도 포함한다.
앞서 말한 것으로부터 앞서 기재된 오븐의 구조는 주방에 설치될 수 있는 오븐에 마이크로웨이브 및 제트 충돌 가열 둘 모두의 사용을 허용하거나 또는 그 중 어느 하나만을 별도로 허용한다는 것이 쉽게 명백해져야 한다. 그러나, 앞서 기재된 오븐은 보다 넓은 유용성(utility)을 가지며 주방용 또는 상업용의 목적 중 어느 하나를 위해 카운터탑 오븐(countertop oven)으로서 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 본 오븐은 특히 카페테리아, 레스토랑 및 편의점에서 제공되는 냉동식품을 급속 가열하기에 적당하다.

Claims (23)

  1. 제품의 표면에 충돌하는 유체의 흐름과 제품 사이에 열을 전달하기 위한 방법에 있어서,
    a) 유체의 양(a volume of fluid)의 온도를 제어하는 단계와,
    b) 유체가 고정 오리피스를 통해 흐를 때 유체의 흐름이 형성되도록 상기 유체의 양으로부터 고정 오리피스 쪽으로 통로들의 배열을 설정하는 단계와,
    c) 열이 상기 제품의 표면과 상기 제품의 표면에 충돌하는 상기 유체의 흐름사이에 전달되도록, 상기 오리피스로부터 흐르는 상기 유체의 흐름의 방향이 오리피스를 향하는 유체의 흐름의 방향의 변화에 응답하여 변화되도록 상기 통로들의 배열 중 각 통로를 따라 온도 제어된 유체를 운반하는 단계를 포함하는, 열을 전달하기 위한 방법.
  2. 제품의 표면에 충돌하는 제트를 형성하는 오리피스를 통해 흐르는 유체간의 열 전달을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    상기 제품의 표면에 대해 소정의 위치에 고정 오리피스를 갖는 부재를 배치하는 단계로서, 상기 오리피스는 일반적으로 상기 제품의 표면을 향해 연장하는 오리피스 축을 갖는, 상기 부재를 배치하는 단계와;
    상기 제품의 표면을 향해 상기 오리피스로부터 흐르는 유체의 방향을 제어하기 위해 상기 오리피스를 향해 유체 흐름의 방향을 제어하는 단계와;
    상기 오리피스로부터 상기 제품의 표면을 향해 흐르는 유체의 방향을 바꾸기 위해 상기 오리피스를 향해 유체 흐름의 방향을 바꾸는 단계를 포함하는, 열 전달을 제어하기 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 오리피스를 향해 유체 흐름의 방향을 제어하기 위한 단계는:
    축을 갖는 덕트를 통해 유체를 운반하는 단계로서, 상기 덕트는 출구(outlet)를 갖는, 상기 유체를 운반하는 단계와;
    상기 오리피스에 대해 상기 출구를 이동시키기 위해 상기 오리피스에 대해 상기 덕트의 축을 이동시키는 단계를 포함하는, 열 전달을 제어하기 위한 방법.
  4. 제품의 표면을 가로지르는 유체의 흐름을 스위핑(sweeping)하는 방법에 있어서,
    a) 온도 제어된 유체를 챔버 내로 운반하는 단계로서, 상기 챔버는 고정 출구 오리피스를 갖는, 상기 유체를 챔버 내로 운반하는 단계와;
    b) 유체 흐름이 형성되도록 상기 출구 오리피스를 향해 통로를 따라 상기 챔버 내로 유체를 유도하는 단계와;
    c) 상기 출구 오리피스로부터 상기 유체 흐름의 방향을 바꾸기 위해 상기 출구 오리피스에 대한 상기 통로의 방향을 바꾸는 단계를 포함하는, 제품의 표면을 가로지르는 유체의 흐름을 스위핑하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 출구 오리피스를 향해 통로를 따라 상기 챔버 내로 유체를 유도하는 단계는:
    a) 상기 챔버 내의 유체를 세로축을 갖는 덕트로 운반하는 단계와;
    b) 상기 출구 오리피스를 향해 상기 유체 흐름의 방향을 바꾸기 위해 상기 덕트를 이동시키는 단계를 포함하는, 제품의 표면을 가로지르는 유체의 흐름을 스위핑하는 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 챔버는 상기 통로의 방향을 바꾸는 단계가 복수의 출구 오리피스들 중 개개의 오리피스들을 통해 온도 제어된 유체가 순차적으로 운반되도록 하기 위해 배치된 상기 복수의 출구 오리피스들을 갖는, 제품의 표면을 가로지르는 유체의 흐름을 스위핑하는 방법.
  7. 제품의 표면에 열을 전달하기 위한 장치에 있어서,
    제품 지지체와,
    덕트 입구, 덕트 출구 및 세로 덕트축을 갖는 덕트와;
    유체가 상기 출구를 향해 상기 덕트의 세로로 흐르도록 상기 덕트의 상기 입구로 온도 제어된 유체를 운반하기 위한 플리넘(plenum)과;
    상기 제품 지지체로부터 이격되어 있는 제트 플레이트(jet plate)로서, 상기 플레이트는 적어도 하나의 오리피스를 가지고, 상기 오리피스는 소정 방향으로 흐르는, 제트 축을 갖는 유체의 제트를 형성하기 위한 일반적으로 상기 제품 지지체를 향해 연장하는 오리피스 축을 갖는, 상기 제트 플레이트와;
    상기 제품 지지체에 대해 상기 제트를 이동시키기 위해 상기 오리피스 축에 대해 상기 제트 축의 방향을 바꾸기 위해 상기 오리피스 축에 대해 상기 세로 덕트축을 이동시키기 위한 구동 수단을 포함하는, 열을 전달하기 위한 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 유체의 제트와 상기 제품의 표면 사이의 열 전달 속도는 상기 제트가 제품의 표면에 충돌하는 곳에서 강하고, 상기 세로 덕트축을 이동시키기 위한 상기 구동 수단은 상기 유체의 제트의 단면적보다 상당히 큰 영역에 걸쳐 상기 제품 표면을 실질적으로 균일하게 가열하기 위해 상기 제트가 상기 오리피스 축에 대해 이동하도록 하는, 열을 전달하기 위한 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 덕트는 일반적으로 상기 제트 플레이트에 인접한 개구측을 갖는 U-자형 구조를 갖는, 열을 전달하기 위한 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제트 플레이트는 오리피스들의 배열로 배치된 복수의 오리피스들을 가지고;
    상기 덕트는 길어진 공기 통로(elongated air passage)를 갖고 표면들을 가진 측면으로 연장한 날개(wing)들을 가지며;
    상기 날개들 상의 표면들은 상기 제트 플레이트 상의 상기 표면에 인접하게 배치되도록 상기 덕트를 배치시키기 위한 수단을 가지며,
    이에 의해 상기 구동 수단은 상기 날개들이 상기 오리피스들의 배열 부분으로의 공기 흐름을 막고, 상기 오리피스들의 상기 배열의 또 다른 부분과 통하게 상기 덕트 출구를 이동시키도록 상기 세로 덕트축들을 이동시키는, 열을 전달하기 위한 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    공기를 상기 플리넘으로 이동하기 위해 적어도 하나의 송풍기(blower)를 더 포함하는, 열을 전달하기 위한 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 송풍기는 요리 면적의 평방 피트 당 적어도 분당 약 80 입방 피트의 공기를 요리실(cooking compartment)로 운반하기 위한 크기로 만들어진, 열을 전달하기 위한 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 덕트 및 제트 플레이트는 분당 1500과 2500 피트 사이의 범위의 속도로 공기 제트를 상기 요리실로 운반하도록 적응된, 열을 전달하기 위한 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 장치는 팬 랙(pan rack)과;
    상기 제트 플레이트에 대해 상기 팬 랙(pan rack)의 위치를 조정하기 위한 조정 가능 장착 수단을 부가하는, 열을 전달하기 위한 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 덕트를 통해 복수의 유체 흐름들을 형성하고 유도하기 위한 상기 덕트와 상기 송풍기간의 유도 그리드를 더 포함하는, 열을 전달하기 위한 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제품 지지체를 향해 마이크로웨이브 에너지를 운반하기 위한 수단으로서, 상기 유도 그리드는 그것을 통해서 마이크로웨이브 에너지의 통과를 막기 위한 크기로 만들어진, 상기 마이크로웨이브 에너지를 운반하기 위한 수단을 더 포함하는, 열을 전달하기 위한 장치.
  17. 제 7 항에 있어서,
    상기 제트 플레이트는 고정되어 있는, 열을 전달하기 위한 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 제품은 요리 사이클 동안 고정되어 있는, 열을 전달하기 위한 방법.
  19. 제 2 항에 있어서,
    상기 제품은 요리 사이클 동안 고정되어 있는, 열 전달을 제어하기 위한 방법.
  20. 제 4 항에 있어서,
    상기 제품은 요리 사이클 동안 고정되어 있는, 제품의 표면을 가로지르는 유체의 흐름을 스위핑하는 방법.
  21. 제 7 항에 있어서,
    상기 제품은 요리 사이클 동안 고정되어 있는, 열을 전달하기 위한 장치.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 제품을 향해 마이크로웨이브 에너지를 운반하기 위한 단계를 더 포함하는, 열을 전달하기 위한 방법.
  23. 제 7 항에 있어서,
    상기 제품 지지체를 향해 마이크로웨이브 에너지를 운반하기 위한 수단을 더 포함하는, 열을 전달하기 위한 장치.
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