KR100665199B1 - 광파 오븐 및 그를 이용한 다중 요리 모드와 순차 램프 작동기능을 갖는 조리법 - Google Patents

광파 오븐 및 그를 이용한 다중 요리 모드와 순차 램프 작동기능을 갖는 조리법 Download PDF

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Abstract

식품 상부에 위치하는 복수의 제 1 램프와 식품 하부에 위치하는 복수의 제 2 램프로부터 방출되는 전자기 스펙트럼의 가시광선, 근가시광선 및 적외선 범위의 복사 에너지로 식품을 조리하는 광파 오븐 및 그를 이용한 조리법. 복수의 제 1 램프 전부가 동시에 작동하지 않도록 시차를 두고 엇갈리는 방식으로 전력을 인가함으로써 복수의 제 1 램프는 제 1 평균 전력 수준에서 순차적으로 작동하고, 복수의 제 2 램프 전부가 동시에 작동하지 않도록 시차를 두고 엇갈리는 방식으로 전력을 인가함으로써 복수의 제 2 램프는 제 2 평균 전력 수준에서 순차적으로 작동한다. 시차를 두고 엇갈리는 방식을 변화시켜 스펙트럼 출력에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 복수의 제 1 및/또는 제 2 램프의 시간 평균 전력 수준을 변화시킬 수 있다. 복수의 제 1 램프와 제 2 램프는 몇 가지 다양한 모드 중 어느 하나로 작동할 수 있다. 그 중 한가지 모드에서, 복수의 제 1 램프와 제 2 램프는 동시에 순차적으로 작동한다. 또 다른 모드에서는, 복수의 제 1 램프는 순차적으로 작동하는 반면, 복수의 제 2 램프는 꺼져 있다. 또 다른 모드에서는, 복수의 제 2 램프는 순차적으로 작동하는 반면, 복수의 제 1 램프가 꺼져 있다.

Description

광파 오븐 및 그를 이용한 다중 요리 모드와 순차 램프 작동기능을 갖는 조리법 {LIGHTWAVE OVEN AND METHOD OF COOKING THEREWITH HAVING MULTIPLE COOK MODES AND SEQUENTIAL LAMP OPERATION}
본 발명은 요리용 오븐에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 개선된 광파 오븐 (lightwave oven) 및 전자기 스펙트럼의 적외선, 근가시광선 및 가시광선 범위의 복사 에너지 (radiant energy)를 이용한 요리방법에 관한 것이다.
음식을 익히고 (cooking) 굽는데 (baking) 사용되는 오븐은 지난 수 천년간 알려져 왔고 또 사용되어 왔다. 기본적으로, 오븐의 유형은 다음의 4가지 요리 유형에 따른 종류로 나뉠 수 있다: 즉, 전도성 (conduction) 요리, 대류성 (convection) 요리, 적외선 복사 (infrared radiation) 요리 및 마이크로파 복사 (microwave radiation) 요리가 그것이다.
익히기(cooking)와 굽기(baking)에는 서로 미묘한 차이가 있다. 익히기는 단지 음식을 가열할 것만을 요구한다. 그러나 예컨대 빵, 케익, 크러스트 또는 페스트리와 같이 가루반죽으로부터 만들어지는 음식물을 굽는데는 제품 전체를 가열하는 것뿐만 아니라, 최종 식품의 정확한 밀도와 식품 외형의 갈변, 즉 브라우닝을 얻기 위해, 정해진 유형으로 가루반죽으로부터 수분을 탈수시키기 위한 화학 반응 이 요구된다. 굽기를 할 때는 조리법을 따르는 것이 매우 중요하다. 종래 오븐에서 온도를 높임으로써 굽는 시간을 줄이고자 하는 시도가 있었지만 얻어진 식품이 손상되거나 파괴되기 일쑤였다.
일반적으로, 최단시간 내에 식품을 최상의 상태로 익히거나 굽는데는 몇 가지 문제점이 있다. 전도와 대류는 요구되는 품질을 얻게 해주지만, 두 가지 방식 모두 본래, 속도가 느린 에너지 이동방식이다. 장파 적외선 복사방식은 보다 신속한 가열속도를 나타내지만, 대부분 식품의 표면부만을 가열해 줄 뿐, 식품 내부에서의 열 에너지 전달 속도는 전도방식보다 훨씬 느리다. 마이크로파 복사방식은 식품의 속까지 매우 빠른 속도로 가열해 주지만, 굽는 동안, 식품 표면 부근에서의 수분 손실로 인해 만족스럽게 노릇노릇해지기 전에 가열 공정이 중단되게 된다. 결과적으로, 마이크로파 오븐은 빵과 같이 구워야하는 식품을 우수한 품질로 조리하는데는 적절하지 않다.
복사 조리법은 복사 에너지가 식품 분자와 상호 작용하는 방식에 따라 분류될 수 있다. 예컨대, 최장 파장에 의한 조리방식부터 설명하면, 즉 마이크로파 영역으로 조리를 하면, 복사 에너지가 쌍극성 물 분자내로 커플링되어 물 분자를 회전하게 만들기 때문에, 대부분의 가열이 일어나게 된다. 물 분자 사이의 점성 커플링은 이 회전 에너지를 열 에너지로 전환시킴으로써 식품을 가열하게 된다. 파장을 감소시켜 장파 적외선 대역에서 조리를 하면, 분자들과 그 구성원자들이 잘 정의된 여기 밴드 (excitatin bands)에서 에너지를 공명적으로 흡수한다. 이는 주로 진동 에너지 흡수 프로세스이다. 단파 적외선 대역 스펙트럼에서는, 대부분의 흡수가 진 동 모드와 보다 높은 주파수 커플링에 의한다. 가시광선 대역에서는, 주 흡수 메커니즘이 원자들을 커플링시켜 분자를 형성하게 하는 전자의 여기이다. 이러한 상호작용은 "색상" 흡수로서 파악되는 가시광선 대역의 스펙트럼에서 쉽게 식별된다. 마지막으로, 자외선 대역의 경우, 파장은 충분히 짧고, 복사 에너지는 실제로 전자를 그 구성원자로부터 제거하는데 충분하기 때문에, 이온화 상태가 발생되어 화학 결합이 파괴된다. 이 단파장은 살균 기술에는 이용될 수 있겠지만, 식품을 가열하는데는 거의 소용이 없는데, 이는 자외선이 역 화학반응을 촉진시키고 식품 분자를 파괴하기 때문이다.
광파 오븐은 종래 오븐보다 훨씬 단축된 시간에 식품을 익히고 구울 수 있다. 이러한 조리 속도는 여기에 사용되는 전력수준과 파장 범위에 기인한다.
개인마다 감지 가능한 시력차이가 있기 때문에, 가시광선, 근가시광선 및 적외선범위의 파장을 정확히 정의할 수는 없다. 그러나, "가시"광선 범위에 대한 과학적 정의는, 일반적으로 약 0.39㎛ 내지 0.77㎛의 범위 빛을 말한다. "근가시광선"은 파장이 가시광선범위보다는 길지만, 약 1.35㎛에서의 수분 흡수 컷-오프보다는 작은 빛을 가리킨다. "적외선"이라는 용어는 약 1.35㎛보다 긴 파장의 빛을 가리킨다. 따라서, 가시광선 대역은 약 0.39㎛ 내지 0.77㎛ 범위의 파장을 포함하고, 근적외선 대역은 약 0.77㎛ 내지 1.35㎛ 범위의 파장을, 그리고, 적외선 대역은 약 1.35㎛를 초과하는 파장대역을 포함하는 것으로 한다.
일반적으로, 가시광선 범위의 파장 (0.39 내지 0.77㎛)과 근가시광선 범위의 파장 (0.77 내지 1.35㎛)은 대부분의 식품에 매우 깊이 침투한다. 이러한 깊은 침 투 범위는 주로 물의 흡수 특성에 의해 좌우된다. 물의 특징적인 침투 거리는 가시광선에서 약 50 미터 내지 1.35 마이크론에서 약 1 ㎜ 미만이다. 다른 몇 가지 인자가 이러한 기본적인 흡수 침투를 변형시킨다. 가시광선 대역에서 식품 분자의 전자 흡수는 실제로 침투 거리를 감소시키는 반면, 식품에서의 산란은 깊숙한 침투 대역 전반에 걸쳐 강력한 인자일 수 있다. 측정결과 가시광선과 근가시광선 스펙트럼 대역에서의 광선의 일반적인 평균 침투거리는 육류의 경우 2-4㎜이고 일부 구운 음식과 탈지유와 같은 액체에서는 10㎜ 깊이인 것으로 나타났다.
식품 표면 근방의 상당히 두꺼운 부위에 에너지가 축적되므로, 깊은 침투 대역은 식품과 충돌하는 복사전력 밀도를 증가시키고, 에너지는 기본적으로 큰 부피로 축적되어, 식품의 표면 온도가 급속히 증가하지 않는다. 결과적으로 가시광선과 근가시광선 대역의 복사방식은 외부 표면의 갈변에 그다지 기여하지 않는다.
1.35㎛를 초과하는 대역 (적외선 대역)에서는, 침투 거리가 실제로 밀리미터 수준으로 감소하고 어떤 흡수 피크는 0.001㎜ 이하로 내려가기도 한다. 이 대역의 전력은 그렇게 짧은 깊이에서 흡수되기 때문에 온도가 급속히 상승하고, 수분을 탈수시켜 딱딱한 껍질을 형성하게 만든다. 증발할 수분과 표면을 냉각시킬 수분이 없기 때문에 온도는 급격히 300℉로 상승한다. 이 온도는 갈변반응 (Maillard 반응)이 시작되는 대략적인 온도이다. 심지어는 표면이 타기 시작하는 온도인 400℉ 넘게까지 온도가 급속히 올라간다.
깊은 침투 파장 (0.39 내지 1.35㎛)과 얕은 침투 파장 (1.35㎛ 이상)의 적절한 균형에 의해, 광파 오븐에서 식품 표면의 전력 밀도를 증가시켜 줌으로 해서 식 품을 보다 짧은 파장으로 신속하게 익힐 수 있게 하고 식품을 보다 긴 적외선 파장으로 갈변시킴으로써 고품질의 식품을 제조할 수 있다. 종래의 오븐은 복사 에너지의 짧은 파장 성분을 구비하지 못했다. 결과적인 얕은 침투로 인해, 이러한 오븐에서 복사 전력을 증가시키면 식품 표면만을 가열시켜 식품 내부가 뜨거워지기도 전에 식품 표면만이 미리 갈변되는 결과가 초래되곤 하였다.
침투 깊이가 스펙트럼의 깊이 침투하는 대역 전반에 걸쳐 균일한 것은 아니라는데 주목할 필요가 있다. 물은 가시광선 복사에 의해 매우 깊은 침투, 즉 수 미터까지 침투되는 것으로 나타나지만, 식품 거대분자의 전자 흡수는 일반적으로 가시광선 대역에서 증가된다. 가시광선 대역의 청색말단 (0.39㎛) 부근에서의 산란에 의한 부가적인 효과는 침투효과를 더 감소시킨다. 그러나, 흑체 스펙트럼의 청색 말단의 에너지는 극히 작기 때문에 전체적인 평균 침투에는 실제로 거의 손실이 없다.
종래 오븐은 약 0.3 W/cm2나 되는 높은 복사 전력 밀도에서 작동한다 (즉 400℉에서). 종래 오븐의 조리 속도는 조리 온도를 단순히 높이는 것만으로는 감지할 수 있을 만큼 증가되지 못하는데, 이는 증가된 조리 온도가 식품 표면으로부터 물을 탈수시켜 식품 내부가 적절한 온도에 도달하기 전에 식품 표면을 갈변시키고 태우기 때문이다. 이와 대조적으로, 광파 오븐은 가시광선, 근가시광선 및 적외선 복사의 약 0.8 내지 5 W/cm2에서 작동하기 때문에, 조리 속도가 크게 향상된다. 광파 오븐 에너지는 종래 오븐의 복사 에너지보다 식품에 더 깊이 침투하므로, 식품 내 부의 조리속도가 더 빠르다. 따라서, 광파 오븐에서는 보다 높은 전력 밀도를 이용할 수 있어 우수한 품질로 식품을 더 빨리 요리할 수 있다. 예컨대, 약 0.7 내지 1.3 W/cm2에서, 광파 오븐에 의해 다음의 조리 속도가 얻어졌다:
식품 조리 시간
피자 4분
스테이크 4분
비스켓 7분
쿠키 11분
야채 (아스파라가스) 4분
본 출원인은 고품질의 익히기와 굽기를 위한, 충돌 복사 에너지의 깊이 침투하는 부분과 표면을 가열하는 부분 사이의 우수한 균형 비율이 약 50:50, 즉 전력 (0.39 내지 1.35㎛)/전력 (1.35㎛ 이상)
Figure 111999004270834-pct00001
1임을 발견하였다. 이 값보다 큰 비율도 이용할 수 있으며, 특히 두꺼운 식품을 조리하는데 유용하지만, 이와 같이 높은 비율의 복사원은 구하기 힘들고 값도 비싸다. 실제로 1 미만의 비율로 신속하게 조리할 수 있으며, 대부분의 음식에 있어서 상기 비율이 약 0.5로 낮아도 우수한 익히기 및 굽기 결과를 얻을 수 있고, 예컨대 피자와 같은 얇은 음식과 육류와 같이 수분 함량이 많은 음식에서는 상기 비율이 그보다 더 낮아도 우수한 결과를 얻을 수 있다. 일반적으로, 보다 느린 열 전도 속도에 의해, 식품 외부가 타기 전에 식품 내부를 가열시킬 수 있기 위해서는, 상기 전력 비율을 감소시킴으로써 표면 전 력 밀도를 감소시켜야 한다. 조리에 이용될 수 있는 최대 전력밀도 한계를 설정하는 것은 일반적으로 외부 표면이 타는지의 여부에 따른다는 것을 기억할 필요가 있다. 전력 비율이 약 0.3 미만으로 저하되면, 사용 가능한 전력 밀도가 통상적인 조리 수준에 불과하여 속도상의 이점을 얻을 수 없다.
복사 전력을 공급하는데 있어 흑체원을 사용하는 경우, 전력 비율은 유효 색상 온도, 피크 강도, 및 가시광선 성분 백분율로 변형시킬 수 있다. 예컨대, 전력 비율이 1이면, 상응하는 흑체의 온도는 3000 oK, 피크 강도는 0.966㎛, 0.39 내지 0.77㎛의 총 가시광선 범위에서의 12% 복사율에 해당하는 것으로 계산될 수 있다. 텅스텐 할로겐 수정 전구는 흑체 복사 곡선과 매우 근접한 특성을 갖는다. 시판하는 텅스텐 할로겐 전구는 3400oK의 높은 색상 온도에서 성공적으로 이용되어 왔다. 불행하게도, 이러한 전력원의 수명은 고색상 온도에서 급격히 단축된다 (약 3200 oK 이상의 온도에서는 일반적으로 100시간 미만임). 텅스텐 할로겐 전구를 약 2900 - 3000oK에서 작동시킬 경우 전구의 수명과 조리 속도를 적당히 절충할 수 있는 것으로 관찰되었다. 전구의 색상 온도가 감소되고, 더욱 얕게 침투하는 적외선이 발생될수록, 양질의 음식물을 만들기 위한 조리 속도와 굽는 속도가 저하된다. 대부분의 식품에서 식별가능한 속도상의 장점이 약 2500oK (1.2㎛에서 피크; 가시광선 성분은 약 5.5%) 저하되었고, 몇몇 식품에서는 그보다 낮은 색상 온도에서도 속도상 의 장점이 있다. 2100oK의 범위에서 속도상의 장점은 시도되었던 모든 식품에 있어서 실제로 사라졌다.
연마된, 고순도 알루미늄 반사벽을 이용하는 시판되는 직사각형의 광파 오븐에 있어서, 광파 오븐이 종래 오븐보다 합리적으로 조리 속도상의 장점을 누릴 수 있기 위해서는 약 4 킬로와트의 램프 전력이 필요한 것으로 관찰되었다. 4 킬로와트의 램프 전력은 시판되는 텅스텐 할로겐 램프 4개를 약 3000oK의 온도에서 작동시켜, 오븐 내부공간에 약 0.6 - 1.0 W/cm2의 전력 밀도를 발생시킬 수 있다. 이러한 전력 밀도는 광파 오븐이 종래 오븐의 성능을 확실히 능가하는데 필요한 최소한의 값에 근사한 것으로 여겨졌다. 이러한 시판되는 광파 오븐은 조리 표면의 상부와 하부 모두에 램프를 구비함으로써, 조리 표면상의 식품이 비교적 골고루 조리된다.
광파 오븐의 한가지 문제점은 모양과 색상이 다른 식품들이 다르게 요리된다는 것이다. 따라서, 골고루 익히고 적절하게 노릇노릇하게 만들기 위해서는 어떤 식품들의 표면은 다른 표면보다 광파 에너지를 보다 많이 받아야만 할 필요가 있다. 그러나, 오븐 내부 공간의 조도가 최대한 균일하도록 만들어진 광파 오븐은 특정 식품의 표면에 적절한 맞춤 조도를 제공할 수 없다.
광파 오븐의 또 다른 문제점은 모든 램프를 적당한 색상 온도에서 작동시키기 위해 상당히 높은 전류가 요구된다는 점이다. 그러나, 일반가정의 부엌 콘센트는 오직 15 amp의 전류만을 공급할 수 있을 뿐으로, 이는, 오직 2개의 시판하는 1KW 텅스텐 할로겐 램프를 약 2900oK의 색상 온도에서 가동시킬 수 있을 뿐이다. 식품을 회전시키지 않고서는, 2개의 연장된 램프가 그 넓은 조리 영역을 효과적으로 그리고 균일하게 조사할 수 없다. 전형적인 가정 부엌에서의 사용에 알맞도록 고안된 광파 오븐의 내부공간은 단지 2개의 연장된 램프만으로 균일하고 효과적으로 커버될 수 있는 크기보다 훨씬 큰 조리 영역을 가질 필요가 있다.
광파 오븐이 갖는 또 다른 문제점은 예컨대 식품 표면이 미리 갈변되는 것을 방지시키고자 할 때처럼, 오븐 내부 공간에서 광파 조리 전력 밀도를 점진적으로 감소시키기가 쉽지 않다는 점이다. 종래의 오븐에서는, 조리 장치에 인가되는 전압을 감소시킴으로써 조리 온도를 낮출 수 있다. 그러나, 광파 오븐 램프의 작동 전력을 저하시키고, 따라서, 램프의 색상 온도를 저하시키면, 램프의 스펙트럼 출력이 적외선쪽으로 이동하여, 낮은 전력 밀도에서 식품 내부를 적당하게 익히는데 불충분한 양의 가시광선과 근가시광선이 남게된다.
마지막으로, 상기한 바와 같이, 광파 오븐에서의 식품의 조리 시간은 식품의 색상과 형상에 크게 좌우된다. 따라서, 광파 오븐 조리시간은 통상적인 오븐 사용법과 직접 관련되지 않는다. 광파 오븐 기술은 비교적 신기술이기 때문에, 광파 오븐을 처음 사용하는 대부분의 사람들은 종래 오븐에서 전통적으로 조리해 왔던 식품을 광파 오븐에서는 어떻게 하면 가장 알맞게 조리할 수 있겠는지를 결정하기 위해 시행착오를 거쳐야만 할 것이다.
따라서, 2개의 램프로 커버될 수 있는 것보다 훨씬 넓은 조리 대역을 균일하 고 효과적으로 조사할 수 있으면서도, 일반 가정의 부엌에서 이용 가능한 제한된 전력으로도 작동할 수 있는 광파 오븐과 이를 이용한 조리 방법이 요구되고 있다. 또한, 식품 표면을 미리 갈변시키거나 램프의 에너지 스펙트럼에 악영향을 미치지 않으면서 특정 식품 표면의 경우 광파 전력 밀도를 선택적으로 증가 및 감소시킬 수 있는 오븐과 방법에 대한 수요가 있다. 이러한 오븐 및 그 사용방법은 종래 오븐의 조리법으로부터 광파 오븐의 조리법으로 쉽게 전환 가능해야 한다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 표준 부엌용 120 VAC, 15 amp 전력 출력을 이용하고 시판하는 텅스텐-할로겐 수정 램프를 이용하여 작동할 수 있는 광파 오븐과 조리된 식품의 품질을 향상시키는 한편 조리시간을 최소화할 수 있는 조리방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 램프의 스펙트럼 출력을 손상시키지 않으면서 오븐 내부의 평균 전력밀도를 저하시키기 위한 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 특정 식품 표면에 대한 조사를 임의로 변화시키기 위한 상이한 램프 작동 모드를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 통상적인 오븐 조리법을 광파 오븐 조리법으로 고치기 위한 수단을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명의 한가지 측면은 조리 대역과, 적외선, 근가시광선 및 가시광선 영역을 포함하는 전자기 스펙트럼에서의 복사 에너지를 제공하면서 상기 조리 대역의 상부에 위치하는 복수의 제 1 고전력 램프 및 조리 대역의 하부에 위치하는 복수의 제 2 고전력 램프를 갖는 광파 오븐에서 음식을 조리하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 조리법은 복수의 제 1 팸프와 복수의 제 2 램프 중의 어느 한 쪽에 전력을 시차를 두고 엇갈리는 방식 (staggered manner)으로 인가하여 상기 어느 한 쪽을 제 1 평균 전력 수준으로 하나씩 순차적으로 작동시킴으로써, 어느 한 쪽의 복수개의 램프 모두가 동시에는 작동하지 않도록 하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면은 전자기 스펙트럼의 가시광선, 근가시광선 및 적외선 대역에서 복사 에너지를 공급하는 복수의 제 1 고전력 램프와 복수의 제 2 고전력 램프, 조리 대역을 포함하는 오븐 내부 공간 하우징, 그리고 제어기를 포함하는 광파 오븐이다. 복수의 제 1 램프는 조리 대역의 상부에 위치하고 복수의 제 2 램프는 조리 대역의 하부에 위치한다. 제어기는 복수의 제 1 램프에 시차를 두고 엇갈리는 방식으로 전력을 인가함으로써 복수의 제 1 램프 모두가 동시에 켜지지는 않도록 복수의 제 1 램프를 제 1 평균 전력 수준에서 순차적으로 작동시키고, 제어기는 복수의 제 2 램프에 시차를 두고 엇갈리는 방식으로 전력을 인가함으로써 복수의 제 2 램프 모두가 동시에 켜지지는 않도록 복수의 제 2 램프를 제 2 평균 전력 수준에서 순차적으로 작동시킨다.
본 발명의 그 밖의 목적과 특성들은 본 발명 명세서, 특허청구의 범위 및 첨부된 도면을 통해 명확히 드러날 것이다.
본 발명은 광파 오븐 및 그를 이용한 조리법에 관한 것으로 본 발명의 조리법은 램프를 순차적으로 작동시키고, 특정 식품 표면에 대한 에너지 강도를 선택적으로 변화시키고, 오븐 내부 공간에서 전체적인 광파 전력 밀도를 선택적으로 조정하며, 음식을 알맞게 노릇노릇하게 구워내고, 종래 오븐용 조리법을 광파 오븐용 조리법으로 변환시켜준다.
표준 120 VAC 부엌용 콘센트에 연결하는데 이상적인, 도 1A-1C에 도시된 고효율의 실런더형 오븐 (1)을 참조하여 본 발명을 설명한다. 여러 식품의 익히기 (cooking), 바삭바삭하게 굽기 (crisping), 그릴 (grilling), 성에제거 (defrosting), 데우기(warming) 및 굽기 (baking)를 위한 다양한 형태의 램프 작동 모드도 제공한다.
본 발명의 광파 오븐 (1)은 하우징 (2), 도어 (4), 조절판 (6), 전원장치 (7), 오븐 내부공간 (8), 및 제어기 (9)를 포함한다.
하우징 (2)는 측벽 (10), 상부벽 (12) 및 바닥벽 (14)을 포함한다. 도어 (4)는 힌지 (15)에 의해 측벽 (10) 중 어느 하나에 회전식으로 부착되어 있다. 도어 (4) 상부에 부착되어 있고 제어기 (9)에 연결된 제어판 (6)은 광파 오븐 (1)을 제어하기 위한 몇 개의 작동 키 (16)와, 오븐의 작동 모드를 가리키는 디스플레이 (18)를 포함한다.
오븐 내부공간 (oven cavity) (8)은 실린더형 측벽 (20), 측벽 (20)의 상부 말단 (26)에 위치한 상부 반사기 어셈블리 (22), 및 측벽 (20)의 하부 말단 (28)에 위치한 하부 반응기 어셈블리 (24)에 의해 정의된다.
상부 반응기 어셈블리 (22)를 도 2A-2C에 도시하였으며, 이것은 오븐 내부공간 (8)에 마주하고 있는 원형의 비-평면형 반사면 (30), 반사면 (30)의 중심에 배치된 중심 전극 (32), 반사면 (30)의 주변에 골고루 배치된 4개의 외부전극 (34), 및 중심 전극으로부터 외부 전극 (34) 중 어느 하나를 향해 각각 방사상으로 뻗어있고, 2개의 인접한 램프에 대해 90도 각도로 위치한 4개의 상부 램프 (36), (37), (38), (39)를 포함한다. 반사면 (30)은 반사면 (30)의 중심에서 서로 90도 각도로 교차된 한 쌍의 선형 채널 (40)과 (42)를 포함한다. 램프 (36)-(39)는 채널 (40)/(42)의 내부에 또는 바로 그 위에 배치된다. 채널 (40)/(42)는 각각 바닥 반사벽 (44)와 상응하는 램프 (36)-(39)의 축에 평행하게 뻗어있는 한 쌍의 마주보는 평면 반사 측벽 (46)을 갖는다 (바닥 반사벽 (44)에 있어서, "바닥 (botton)"은 설치된 벽 (44)이 측벽 (46) 위에 있는 경우에도, 추상적으로 채널 (40)/(42)에 대한 상대적인 위치임을 유의하여야 함). 각각의 채널 (40)/(42)의 마주보는 측벽 (46)은 바닥벽 (44)으로부터 서로 떨어짐에 따라 서로 기울어져 상부 실린더 말단 (26)의 평면에 대해 약 45도 각도를 형성한다.
도 3A-3C에 도시된 하부 반사기 어셈블리 (24)는 상부 반사기 (22)의 구조와 유사하며, 오븐 내부공간 (8)을 마주하는 원형의 비평면 반사면 (50), 반사면 (50)의 중심에 배치된 중심 전극 (52), 반사면 (50)의 주변에 골고루 배치된 4개의 외부 전극 (54), 및 중심 전극으로부터 외부 전극 (54) 중 어느 하나를 향해 각각 방사상으로 뻗어있고, 2개의 인접한 램프에 대해 90도 각도로 위치한 4개의 상부 램프 (56), (57), (58), (59)를 포함한다. 반사 표면 (50)은 반사 표면 (50)의 중심에서 90도 각도로 서로 직각 교차된 한쌍의 선형 채널 (60)과 (62)를 포함한다. 램프 (56) - (59)는 채널 (60)/(62) 내부에 또는 바로 그 상부에 배치된다. 채널 (60/(62)은 각각 저면 반사벽 (64)과 그리고 상응하는 램프 (56)-(59)의 축과 평행하게 뻗어있는 한쌍의 반대쪽 평면 반사 측벽 (66)을 갖는다. 각 채널 (60)/(62)의 반대쪽 측벽 (66)은 저면 벽 (64)으로부터 멀어짐에 따라 서로 반대 방향으로 기울게 배치되어, 하부 실린더 말단 (28) 평면에 대해 약 45도 각도를 형성한다.
전원장치 (7)는 전극 (32), (34), (52) 및 (54)에 연결되어 제어기(9), 각각의 램프 (36)-(39)와 (56)-(59)의 통제하에 작동한다.
음식물로부터 조리되어 나온 즙이 램프와 반사면 (30)/(50)에 튀는 것을 방지하기 위해, 투명한 상부 및 하부 덮개 (70)과 (72)를 실린더 말단 (26)/(28)에 배치하여 각각 상부/하부 반사기 어셈블리 (22)/(24)를 보호하도록 한다. 덮개 (70)/(72)는 열팽창 계수가 매우 작은 유리나 유리-세라믹 소재로 만들어진 판이다. 바람직한 구체예에서, Pyroceram, Neoceram 및 Robax 라는 상표명으로 시판되는 유리-세라믹 소재와 상표명 Pyrex로 시판되는 붕규산 유리 소재를 사용할 수 있었다. 이 램프 덮개들은 램프와 반사면 (30)/(50)을 분리시켜, 방울, 식품 즙 및 식품으로부터 흘러나온 액체가 오븐의 작동을 방해하지 않도록 해주며, 각각의 덮개 (70)/(72)는 유리나 유리-세라믹 소재로 만들어진 단일의 원판으로 되어 있기 때문에 쉽게 세척할 수 있다.
식품은 대개 하부 덮개 (72) 상에 위치하는 유리나 금속 조리용기에서 조리되는데, 유리 또는 유리-세라믹 소재가 램프 덮개 역할만 하는 것이 아니라, 익히기 및 굽기를 위한 효율적인 표면 역할도 하는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 하부 덮개 (72)의 상부면 (74)은 쿡탑 (cooktop) 기능을 한다. 이러한 조리면을 오븐 내부 공간에 제공함으로써 여러 가지 장점을 누릴 수 있다. 첫째, 팬, 플레이트 또는 포 트 없이 식품을 쿡탑 (74) 위에 직접 놓을 수 있다. 둘째, 유리와 유리-세라믹 소재의 복사 전달 특성은 2.5 내지 3.0 마이크론의 파장 범위에서 급속히 변화한다. 이 범위 미만의 파장에서는, 이들 소재가 매우 투명하고 이 범위를 초과하면 흡수성이 매우 높아진다. 이것은 깊숙이 침투하는 가시광선과 근가시광선 복사 에너지가 모든 방향으로부터 식품과 직접 충돌할 수 있으면서, 보다 긴 파장의 적외선 복사 에너지가 부분적으로 덮개 (70)/(72)에 흡수되어 덮개를 덥힘으로써 덮개 (72)의 표면 (74)과 접촉하고 있는 식품을 간접적으로 가열할 수 있음을 의미하는 것이다. 덮개 (72) 내의 열 전도에 의해 덮개 내부의 온도 분포가 균일해지고 식품을 골고루 가열할 수 있어서, 복사에너지 단독에 의한 것보다 식품을 훨씬 더 잘 노릇노릇하게 구울 수 있게 된다. 셋째, 별다른 조리 용기 없이 식품을 가열할 수 있으므로 일반적으로 조리 시간이 단축되는데, 이는 용기를 가열하는데 드는 별도의 에너지가 필요 없기 때문이다. 쿡탑 (74)에서 직접 익혀지거나 구울 수 있는 전형적인 식품에는 피자, 쿠키, 비스켓, 감자튀김, 소시지 및 닭가슴살 등이 있다.
상부 및 하부 램프 (36)-(39)와 (56)-(59)는 일반적으로 시판되는 수정체(quartz body), 텅스텐-할로겐 또는 고강도 방전 램프일 수 있으며 예컨대, 1 KW 120 VAC 수정-할로겐 램프를 들 수 있다. 바람직한 구체예에 따른 오븐은 7 내지 7.5 인치 길이의 텅스텐-할로겐 수정 램프 8개를 구비하고, 최고 램프 전력에서 가시광선과 근가시광선 스펙트럼 부분에서 대략 50%의 에너지로 음식물을 조리할 수 있다.
도어 (4)는 실린더형 내부 표면 (76)을 가지므로, 도어가 닫히면, 오븐 내부공간 (8)의 실린더형 모양이 유지된다. 식품이 조리되는 동안 식품을 관찰할 수 있도록 도어 (4) (및 표면 (76))에 윈도우 (78)를 만들어 놓는다. 윈도우 (78)는 오븐 내부공간 (8)의 실린더형 모양을 유지할 수 있도록 곡선형인 것이 바람직하다.
본 발명의 오븐에서, 실린더 측벽 (20)의 내부 표면, 도어 내부 표면 (76) 및 반사면 (30)과 (50)은 2개의 플라스틱 층 사이에 끼워지고, 금속 시트에 접착된, 총 반사능이 약 95%인 고반사능의 은으로 된 박층으로 만들어진 고반사성 소재로 형성된다. 이러한 고반사성 소재로는 Alcoa사가 시판하는 상표명 EverBrite 95, 또는 Material Science Corporation사가 상표명 Specular+SR로 시판하는 것을 이용한다.
바람직한 구체예에서 윈도우 부분 (78)은 도어 기판의 나머지 부분을 형성하는 시트 금속 대신, 플라스틱이나 유리 (바람직하게는 담금질된)와 같은 투명한 기판에 반사은을 둘러싸고 있는 2개의 플라스틱 층을 접착시킴으로써 만들어진다. 오븐 내부를 만드는데 이용된 반사성 소재를 통해 누출되는 광선의 양은 음식이 조리되는 동안 오븐 내부공간을 안전하고 편안하게 볼 수 있게 하는데 이상적인 것으로 밝혀졌다.
실린더형 측벽 (20)은 효율 개선을 위해, 완전한 실린더형일 필요는 없다는 점에 유의하여야 한다. 실린더와 유사한 형태로서 8각형 거울 구조가 사용되었는데, 이것은 직사각형 박스보다 효율이 좋은 것으로 나타났다. 실제로, 4개의 표준 박스보다 많은 평면수를 가지면 효율이 증가하고, 이러한 복수개의 벽으로 된 배치에 있어서 벽의 수가 한계치에 도달하면 (예컨대 실린더형으로) 그 효율이 자연히 최대치에 이르게 되는 것으로 믿어진다. 오븐 내부공간은 또한 타원형의 단면을 가질 수 있는데, 이러한 형태는 동일한 조리면적을 두고 비교할 때 실린더형 오븐 보다 조리실내에서 더 큰 팬을 사용할 수 있다는 장점을 갖는다.
상부 및 하부 반사기 어셈블리 (22)/(24)는 오븐 내부공간 (8) 내부에 매우 균일한 조사 대역(uniform illumination field)을 제공하므로, 음식물을 회전시키지 않고도 음식물을 균일하게 조리해준다. 중심 전극 (32)/(52)으로부터의 거리가 멀어질수록 램프 사이의 간격도 증가하므로, 램프 뒤쪽의 단순히 평평하기만 한 배면 반사기는 방사형으로 균일하게 빛을 조사할 수 없다. 이러한 간격은 채널 측벽 (46)/(66)으로부터의 램프 반사에 의해 효과적으로 채워질 수 있는 것으로 밝혀졌다. 도 2C와 도 3C는 오븐 내부공간 (8)에 지향된 복사에너지로 측벽 (20) 근방에서 램프 사이의 공간을 채워주는 램프 (36)/(56)중 어느 하나의 가상적인 램프 이미지 (82)/(84)를 도시한 것이다. 이로부터, 실린더 대역의 외부가 반사된 램프 위치에 의해 효과적으로 충전되어 균일성이 증가됨을 관찰할 수 있다. 이 실린더 평면을 가로질러, 램프 평면으로부터 3 인치 떨어진 거리에서 직경 12 인치에 대해 ±5% 이내의 편차로 평평한 광조사가 이루어진다. 조리 목적에서 볼 때, 이러한 편차는 적절한 균일성을 나타내며, 식품을 골고루 조리하는데 턴테이블이 필요하지 않다.
비-평면 반사면 (30)/(50)의 반사 없이 램프로부터 직접 복사된 광선은 오븐 내부 공간 (8) 전체 공간을 골고루 조사한다. 또한, 식품과 접촉하지 않거나, 식품 표면에 반사되지 않은 모든 광선은 실린더형 측벽 (20)과 반사면 (30)/(50)에 의해 반사되어, 식품에 광선이 재조준되게 된다.
하부 반사기 어셈블리 (22)와 쿡탑 (74)은 매우 근접한 위치에 있으므로, 하부 반사기 어셈블리 (22)는 상부 반사기 어셈블리 (24)보다 키가 더 크고, 따라서, 채널 (60)/(62)은 채널 (40)/(42)보다 더 깊다. 이러한 배치로 인해 하부 램프 (56)-(59)는 쿡탑 (74) (그 위에 식품이 놓여지게 됨)로부터 더 멀리 떨어져 있다. 램프 (56)-(59)와 쿡탑 (74)의 거리 증가 및 보다 깊은 채널 (60)/(62)은, 쿡탑 (74)에서 식품을 보다 균일하게 조리하는데 필요한 것으로 밝혀졌다.
내부 공간 (8) 내에서 수증기 조절, 수분의 응축 및 기류 조절은 오븐 (1) 내부에서의 식품의 조리에 큰 영향을 끼친다. 오븐의 조리 특성 (즉, 식품 내부에서의 가열속도와 조리시 노릇노릇하게 되는 속도)은 공기 중의 수증기, 오븐 내부공간 면에 응축된 수분, 및 실린더형 챔버 내부의 열기의 흐름에 의해 강하게 영향을 받는다는 것이 밝혀졌다. 수증기가 증가되면 노릇노릇하게 되는 갈변 과정(browning process)이 지연되고 오븐 효율이 저하되는 것으로 나타났다. 따라서, 자연적인 대류에 의해, 내부공간 (8)으로부터 습기가 빠져나갈 수 있도록 내부공간 (8)은 완전히 밀봉될 필요는 없다. 내부공간 (8)으로부터의 습기 제거는 강제 대류에 의해 촉진할 수 있다. 후술되는 바와 같이, 조리 방식의 일부로서 조절될 수 있는 팬 (80)은 내부공간 (8)에 전달되는 신선한 공기의 급원으로서, 오븐의 조리 성능을 최적화시킨다.
팬 (80)은 또한 도 4A와 도 4B에 도시된 바와 같이, 신선하고 차가운 공기를 제공하여, 오븐 내부공간 (8)의 고성능 반사면을 냉각시켜준다. 작동시, 반사면 (30)/(50)과 측벽 (20)을 냉각시키지 않은채 방치하면, 온도가 매우 높이 상승하여, 이 표면들을 손상시킬 수 있다. 따라서, 팬 (80)은 오븐 하우징 (2) 내에 양약(positive pressure)을 발생시키고, 이는, 대형 조리 공기 분기관을 만들어준다. 하우징 (2) 내의 압력은 냉각 공기를 실런더형 측벽 (20)의 배면으로, 그리고 각각의 반사기 어셈블리 (30)/(50)와 하우징 (2) 사이에 형성된 인테그랄 도관 (90)으로 흐르게 한다. 가장 중요한 것은 램프에 가장 근접해 있는 측벽 (46)/(66)과 바닥벽 (44)/(64)의 배면 부분을 냉각시키는 것이다. 반사기 어셈블리 (24)/(26)의 이러한 부분을 냉각 효율을 향상시키기 위해, 냉각 핀 (81)을 반사면 (30)/(50)의 배면에 접착시켜 도관 (90)을 통해 흐르는 냉각 공기의 기류중에 위치시킨다. 냉각 공기는 팬 (80)을 통해 실린더형 측벽 (20)의 배면 위로, 도관 (90)을 통해 흘러, 오븐 측벽 (10)에 위치하는 배기구 (92)를 통해 빠져나간다. 팬 (80)으로부터의 기류는 또한 오븐 전원장치 (7)와 제어기 (9)를 냉각시키는데도 이용될 수 있다. 도 4A는 상부 반사기 어셈블리 (22)용 냉각 도관을 도시한다. 유사한 방식으로 반사기 어셈블리 (24) 아래에 도관 (90)과 핀 (81)이 설치된다.
2개의 플라스틱 층 사이에 끼워진 95% 반사성 은층을 사용하는데 있어서 한가지 단점은 이것이 90% 반사성 고순도 알루미늄보다 내열성이 낮다는 것이다. 이것은 이들 표면이 램프에 근접해있기 때문에 반사기 어셈블리 (22)/(24)의 반사면 (30)과 (50)에 있어서 문제가 될 수 있다. 램프는 반사면 (30)/(50)을 그들의 손상 개시 한계점까지 가열시킬 수 있다. 한가지 해결책은 반사면 (30)과 (50)을 내열성이 보다 우수한 고순도 알루미늄으로 만들고 실린더형 측벽 반사면 (20)은 보다 반사능이 우수한 은층으로 만든, 복합 내부공간이다. 반사면 (30)/(50)은 반사능 감소로 인해, 더 높은 온도에서 작동할 것이나, 이 온도는 여전히 알루미늄 소재의 손상개시 온도 미만이 될 것이다. 실제로, 손상 개시온도는 핀 (81)이 불필요하기에 충분히 높은 지점이다. 이러한 반사면의 조합은 오븐의 효율은 높여주는 반면 램프에 의한 반사면 손상의 위험도는 최소화시켜준다.
내부공간 (8)의 모양과 크기는 상부/하부 반사기 어셈블리 (22)/(24)의 모양/크기와 일치할 필요는 없음에 주목하여야 한다. 예컨대, 내부공간 (8)의 직경은 도 5에 도시된 바와 같이 반사기 어셈블리보다 직경이 크다. 이로 인해 오븐 효율이 전혀 또는 거의 감소되지 않고 조리 면적을 확대시킬 수 있다. 다른 한편, 내부공간 (8)은 내부공간 (8)과 모양이 일치하거나 (예컨대 서로 직각 교차하지 않는 채널 (40)/(42), (60)/(62)와 함께 타원형), 더욱 원형의 형상을 갖는 반사기 어셈블리 (22)/(24)와 함께 타원형 단면을 가질 수 있다.
도 6과 도 7A-도 7C에 제 2 반사기 어셈블리 구체예 (122)를 도시하였는데, 이들은 상술한 상부/하부 반사기 어셈블리 설계 (22)/(24) 대신 사용될 수 있다. 반사기 어셈블리 (122)는 오븐 내부공간 (8)을 향하는, 원형, 비-평면 반사면 (130), 반사면(130)의 중심 아래쪽에 배치된 중심 전극 (132), 반사면 (130)의 주변에 골고루 배치된 4개의 외부 전극 (134), 및 중심 전극 (132)으로부터 외부 전극 (134)중 어느 하나를 향해 방사상으로 뻗어있으며, 2개의 인접 램프에 대해 90도 각도로 위치한 4개의 램프 (136), (137), (138), (139)를 포함한다. 램프 (136)-(139)는 컵 (160)-(163)의 내부에 배치된 것으로 나타나 있으나, 컵 (160)-(163) 바로 위에 위치시킬 수도 있다. 램프는 액세스 홀 (126)과 (128)을 통해 각각의 컵을 출입한다. 컵 (160)-(163) 각각은 저부 반사벽 (142)과 한쌍의 성형된 반대쪽 측벽 (144)을 갖는데, 이는 도 7A와 도 7B에 가장 잘 도시되어 있다. (저부 반사벽 (142)에 있어서, "저부 (bottom)"는 하방벽(142)이 상기 측벽 (144) 위에 설치된 경우라 해도, 이론상, 컵 (160)-(163)에 대해 상대적인 위치와 관계된 것임에 유의할 것). 각각의 측벽 (144)은 저부벽 (142)으로부터 멀어짐에 따라 반대쪽 측벽 (144)으로부터 일반적으로 기울어진 3개의 평면 세그먼트 (146), (148) 및 (150)을 포함한다. 따라서, 각각의 반사기 컵 (160)-(163)을 형성하는 7개의 반사면이 있다: 3개는 2개의 측벽 (144)와 저부 반사벽 (142)이 것임.
평면 세그먼트 (146)/(138)/(150)의 형성과 배향은 다음 변수에 의해 정의된다: 저부벽 (142)에서 측정된 각 세그먼트의 길이 L, 저부벽 (142)에 대해 상대적인 각각의 세그먼트의 기울기θ의 각도, 인접 세그먼트 간의 각도 배향 Φ, 및 세그먼트의 총 수직 깊이 V. 이 변수들은 오븐 내부공간 (8)에서 균일한 조사와 효율을 극대화시키도록 선택된다. 반사면 (130)의 각각의 반사 오프 (reflection off)는 5%의 손실을 포함한다. 따라서, 상기한 평면 세그먼트 변수들은 1) 오직 1회, 2) 반사기 어셈블리 (122)면에 실제로 수직 방향으로, 3) 오븐 내부공간 (8)을 매우 균일하게 조사하는 방식으로 반사기 어셈블리 (122)에 의해 반사되는 광선의 수를 최대화시키도록 선택된다.
상부 및 하부 반사기 어셈블리 (22)/(24)를 오븐 내부공간 (8)의 위와 아래에 설치할 때, 우수한 성능과 윤일한 내부공간 조사가 달성될 수 있도록, 상술한 바와 같은 한쌍의 동일한 반사기 어셈블리 (122)를 만들었다. 바람직한 구체예의 반사기 어셈블리 (122)의 크기는 다음과 같다. 반사기 어셈블리 (122)의 직경은 약 14.7 인치이고, 4개의 동일한 형상의 반사기 컵 (160)-(163)을 갖는다. 세그먼트 (146), (148) 및 (150)의 길이 L1, L2, 및 L3는 각각 1.9, 1.6, 및 1.8 인치이다. 세그먼트 (146), (148) 및 (150)의 기울기 θ1, θ2, 및 θ3의 각도는 각각 약 54o, 42o, 및 31o이다. 2개의 세그먼트 (146) 사이의 각도 배향 Φ1은 약 148 o이고, 2개의 세그먼트 (150) 사이의 각도 배향 Φ2는 약 90o이며, 세그먼트 (146)과 (148) 사이의 각도 Φ3는 106o, 세그먼트 (148)과 (150) 사이의 각도 Φ4는 약 135 o이다. 측벽 (144)의 총 수직 깊이 V는 약 1.75 인치이다.
반사기 어셈블리 (122)를 각각의 측벽 (144)에 대해 3개의 평면 세그먼트 (146)/(148)/(150)와 함께 도시하였지만, 상술한 반사 컵과 유사한 모양을 갖는 반사 컵 (160)-(163)을 형성하기 위해 그보다 많거나 적은 수의 세그먼트를 사용할 수 있다. 실제로, 도 8에 도시한 바와 같이, 도 7A-도7C의 2개의 측벽 (144)을 형성하는 6개의 세그먼트와 유사한 모양을 갖는 단일의 비-평면형 측벽 (246)을 만들 수 있다.
적절한 전원장치를 이용할 수 있다면, 8개의 램프를 모두 총 전력 수준으로 작동시킬 수 있겠지만, 바람직한 구체예에 따른 광파 오븐은 표준 120 VAC 콘센트에 접속되는 카운터-톱 오븐으로서 작동할 수 있도록 특별히 고안된 것이다. 전형적인 가정용 부엌의 콘센트는 약 1.8KW 전력에 해당하는 15 amp의 전류만을 공급할 수 있을 뿐이다. 이러한 전력량은 약 2900oK 의 색상온도에서, 시판되는 1 KW 텅스텐 할로겐 램프를 겨우 2개만 작동시킬 수 있다. 낮은 색상 온도는 가시광선과 근 가시광선을 충분량 발생시키지 못하기 때문에, 부가적인 램프들을 모두 훨씬 낮은 색상 온도에서 작동시키는 것은 대안이 될 수 없다. 그러나, 후술되는 바와 같이, 그리고 도 9A-도9C에 도시된 바와 같이, 램프를 순차적으로 작동시킴으로써, 식품 상하부로부터의 상이하게 선택된 램프들이 상이한 시간대에 순차적으로 켜지고 꺼지므로, 주어진 시점에서 2개를 초과하는 램프가 작동하지 않고, 약 0.7 W/cm2의 균일한 시간-평균 전력 밀도를 공급하는 것이 가능하다. 이러한 전력 밀도는 종래 오븐보다 약 2배 빠른 속도로 식품을 조리해준다.
예컨대, 조리 대역 상부의 한 램프와 하부의 한 램프를 일정시간 (예컨대 2초) 동안 켤 수 있다. 이어서, 이들을 끄고, 다른 2개의 램프를 2초간 켜고, 계속 이러한 과정을 반복하는 것이다. 이러한 방식으로 램프를 순차 가동시킴으로써, 동시에 2개를 초과하는 램프를 활성화시키지 않고 8개의 램프를 평균적으로 작동시킨다면, 단지 2개의 램프만으로 균일하게 조사하기에 너무 넓은 조리 대역을 실제로 골고루 조사할 수 있다. 또한, 식품 표면의 상이한 부분에 상이한 에너지량을 공급할 수 있도록 램프 중 몇 개는 가동시키지 않거나, 또는 가동 시간을 줄일 수 있다.
식품 전체를 골고루 익히기 위한 순차적인 램프 작동 (익히기 모드)의 첫 번째 모드를 도 9A에 도시하였다. 익히기 모드에서 하나의 상부 램프 (36)와 하나의 하부 램프 (58)를 먼저 켜서, 총 가동 동력이 각 램프의 가동 전력의 2배를 초과하지 않도록 한다. 이들 램프 (36)/(58)는 예컨대 2초 등, 주어진 시간 동안 유지시킨 다음 끈다 (약 6초간). 램프 (36)/(58)이 꺼질 때, 다른 상부 램프 (37)와 하부 램프 (59)를 켠다. 이들 램프 (37)/(59)를 2초간 유지시킨 다음 이들을 끔과 동시에 상부 램프 (38)와 하부 램프 (58)를 켜고, 순차적으로 상부 램프 (39)와 하부 램프 (57)를 켠다. 이러한 익히기 모드용 순차 램프 작동을 계속 반복하여 2개의 램프를 동시에 작동하는데 소비되는 전력을 초과하지 않으면서 오븐 챔버 (8) 내부의 식품을 시간-평균적으로 균일하게 조리할 수 있다. 바람직하게는, 작동하는 상부 램프가, 그에 상응하여 작동하는 하부 램프를 포함하는 반사기 어셈블리 (24)의 상응하는 쪽보다 반사기 어셈블리 (22)의 반대면에 위치하는 것이 좋다. 따라서, 식품 상부에서의 램프 작동이 4개의 상부 램프 (36)-(39)사이에서 회전하고 이와 동일한 방향으로 4개의 하부 램프 (56)-(59) 사이에서 식품 하부의 램프가 작동한다.
주로 식품의 상면을 조리하고 노릇노릇하게 굽기 위한 두 번째 순차적인 램프 작동 모드 (바삭바삭하게 굽는 모드 (crisp mode))를 도 9B에 나타내었다. 바삭바삭하게 굽는 모드에서, 각각의 상부 램프 (36)-(39)는 4초간 켜진 다음, 이어서 4초간 꺼지며, 이 램프들의 작동은 오직 2개의 램프만 주어진 시간동안 켜지도록 엇갈리게 작동되도록 한다. 하부 램프 (56)-(59)는 활성화시키지 않는다. 예컨대, 먼저 2개의 상부 램프 (36)/(39)를 켜서, 총 가동 전력이 각 램프의 가동 전력의 2배를 넘지 않도록 한다. 이들 상부 램프 (36)/(39)를 주어진 시간, 예컨대 2초간 작동시킨 다음 램프 중 하나인 (39)를 끄고, 다른 램프 (37)을 켠다. 2초 후, 상부 램프 (36)를 끄고, 다른 상부 램프 (38)를 켠다. 2초 후, 상부 램프 (37)를 끄고, 상부 램프 (39)를 켠다. 이러한 바삭바삭하게 굽는 모드용 순차 램프 작동을 반복 작동시켜 2개의 램프를 동시에 작동하는데 소비되는 전력을 초과하지 않으면서 오븐 챔버 (8) 내부의 식품의 주로 상부 표면을 시간-평균적으로 골고루 조사할 수 있다.
피자와 같은 식품의 바닥면을 주로 조리 및 노릇노릇하게 굽고 육류를 익히거나 굽기 위한 순차적인 램프 작동 (그릴 모드)의 세 번째 모드를 도 9C에 도시하였는데, 이것은 상부 램프 (36)-(39) 대신 하부 램프 (56)-(59)를 가동시킨다는 것을 제외하고, 바삭바삭하게 굽는 모드와 동일하다. 그릴 모드에서는, 각각의 하부 램프 (56)-(59)를 4초간 켠 다음 4초간 끄는데, 이들 램프의 가동은 오직 2개의 램프만 주어진 시간동안 엇갈리게 가동시키는 방식이다. 예컨대, 먼저 2개의 하부 램프 (56)/(59)를 켜서, 총 가동 전력이 각 램프의 가동 전력의 2배를 넘지 않도록 한다. 이들 하부 램프 (56)/(59)를 주어진 시간, 예컨대 2초간 작동시킨 다음 램프 중 하나인 (59)를 끄고, 다른 램프 (57)를 켠다. 2초 후, 하부 램프 (56)를 끄고, 다른 하부 램프 (58)를 켠다. 2초 후, 하부 램프 (57)를 끄고, 하부 램프 (59)를 켠다. 이러한 그릴 모드용 순차 램프 작동을 반복 작동시켜 2개의 램프를 동시에 작동하는데 소비되는 전력을 초과하지 않으면서 오븐 챔버 (8) 내부의 식품의 주로 하부 표면을 시간-평균적으로 골고루 조사할 수 있다.
이 그릴 모드 작동은 종종 육류와 생선을 더 잘 굽기 위해 특별한 브로일러 팬과 함께 이용할 수 있다. 이 팬은 식품을 지지하고 올려놓을 수 있는 일련의 선형 이랑이 그 상부 표면에 성형되어 있는 것이다. 이랑과 이랑 사이의 움푹 파인 부분은 그릴 공정중에 흘러나온 기름기를 잡아두어, 식품을 그로부터 분리된 드립과 격리시켜줌으로써 식품을 보다 잘 노릇노릇하게 구울 수 있도록 해준다. 팬 전체는 그릴 모드에서 바닥의 복사 에너지로부터 신속히 가열되고, 이러한 열은 이랑과 접촉하고 있는 식품 표면을 알맞게 태워주는 한편, 식품 표면에 갈색의 그릴 표시를 남겨준다. 팬 표면은 세척을 용이하게 하기 위해 잘 눌어붙지 않도록 하는 소재로 코팅시킨다. 바닥 램프로부터의 가시광선 및 근가시광선 복사 에너지는 또한 측벽 (20)과 상부 반사면 (30)으로부터 튕겨져서 상부와 측면으로부터 식품을 가격한다. 이러한 부가적인 에너지는 식품의 상부를 조리하는데 도움을 준다.
4번째 작동 모드는 데우기 모드로서, 여기서는, 모든 램프 (36)-(39)와 (56)-(59)가, 순차적으로 작용하는 것이 아니라, 저전력 (예컨대 총 전력의 20%)으로 동시에 작동하여, 이러한 총 8개의 램프 작동시 소요되는 총 전력이, 2개의 램프 (즉 약 1.8KW)를 완전 가동시킬 때 소요되는 전력을 초과하지 않도록 한다. 이렇게 저전력에서 램프를 작동시키기 때문에, 낮은 색상 온도, 즉, 데우기 모드에서 램프로부터 발산되는 복사에너지는 대부분 적외선 복사에너지로서, 식품을 더 이상 익히지 않으면서 데우는데 (적절한 온도에서) 이상적이다.
상술한 각 램프의 익히기 모드에서 2초 또는 그릴 모드나 바삭바삭하게 굽기 모드에서 4초의 작동시간은 설명목적을 위한 것으로, 필요에 따라 그보다 늘리거나 줄일 수 있음을 유의하여야 한다. 그러나, 램프 작동 시간이 너무 짧게 고정되면, 램프를 색상 온도에서 가동시키는데 요구되는 한정된 시간이 평균 램프 출력 스펙트럼을 스펙트럼의 적색 말단쪽으로 바람직하지 못하게 이동시키기 때문에, 효율이 떨어지게 된다. 램프 작동 시간이 너무 길면, 불균일한 조리효과가 초래될 수 있다. 적어도 15초의 램프 작동시간이 음식물을 심각하게 불균일하게 조리하지 않으면서 가장 효과적인 것으로 관찰되었다.
상기한 익히기 모드에서, 2개의 램프를 총전력으로 완전가동 (100% 오븐 강도)시킴으로써 오븐 내부공간 (8) 내부에 약 0.7 W/cm2의 평균 조리 전력 밀도가 발생된다. 그러나, 어떤 조리법은 오븐 강도를 조리시간 전체 또는 조리시간의 일부동안 100% 미만으로 감소시킬 것을 요구하는 경우가 있다. 램프의 전력을 감소시키면 램프의 색상 온도가 저하되고, 따라서, 램프에 의해 방출되는 가시광선과 근가시광선의 백분율도 감소된다. 따라서, 램프 출력 스펙트럼에 영향을 미치는 개개의 램프 전력 감소 대신, 본 발명은 램프의 스펙트럼 출력에 악영향을 미치지 않으면서, 전체적인 오븐의 듀티 사이클(duty cycle)을 감소시키는 방식을 채택한다 (하나 또는 두가지 모두의 램프 세트로부터 평균 전력수준을 감소시키는 것).
상부 램프와 하부 램프의 (시간) 평균 전력 수준을 감소시키기 위한 본 발명의 듀티 사이클 (duty cycle) 감소 특성을 도 10에 익히기 모드로 도시하였지만, 이 특성은 여타 다른 조리방식의 오븐 작동에서 어떠한 램프 세트를 이용해서도 이용될 수 있다. 본 발명은 램프 작동 정지와 그에 이어진 순차적인 램프 작동 개시 사이에 시간 지연 (time delay, ΔT)을 부가함으로써, 램프가 완전한 전력 수준으로 작동하면서도, 감소된 전체 듀티 사이클로 작동하도록 하는 방식으로 오븐 강도를 감소시킨다. 예컨대, 최초의 상부/하부 램프 (36)/(56)을 2초간 켠다음 끄고, 두 번째 상부/하부 램프 (37)/(57)이 2초간 켜졌다 꺼지기 전에, 예컨대 0.2초의 시간 지연 ΔT를 두고, 이어서, 세 번째 상부/하부 램프 (38)/(58)이 켜지기 전에 다시 0.2초의 시간 지연를 두고, 이어서 네 번째 상부/하부 램프 (39)/(59)를 개시하기 전에 다시 시간지체를 두는 방식의 사이클을 1회 이상 시도한다. 상기한 예에서, 0.2초의 시간 지연 ΔT를 두고 2초간 램프 작동시키면, 총 시간-평균 오븐 강도 (듀티 사이클)는 총 오븐 전력 밀도 (듀티 사이클)의 약 91%가 된다.
사용자가 식품 조리과정을 계속 관찰할 수 있도록, 오븐내의 적어도 하나의 램프는 계속 켜두는 것이 좋다. 따라서, 50% 정도로 낮은 총 듀티 사이클로 적어도 하나의 램프를 계속 켜두기 위해, 램프 (36)-(39)의 상부 세트와 램프 (56)-(59)의 하부 세트의 온/오프 사이클을 엇갈리게 할 수 있다. 도 11A-11E는 각각 익히기 모드에서, 각각 ΔT 값이 0.22분, 0.50분, 0.86분, 1.33분 및 2.0분에 해당하는 90%, 80%, 70%, 60% 및 50%의 시간-평균 오븐 강도 (감소된 듀티 사이클)를 도시한다. 상부 램프 사이클은 하부 램프 사이클과 엇갈리게 그려져 있으며, 따라서 오븐 내부 공간이 순차적으로 조사된다. 시간 지연 ΔT는 상부 램프 (36)-(39)와 하부 램프 (56)-(59)가 상대적으로 서로 다를 수 있다. 따라서, 상부 램프 (36)-(39)가 한가지 시간-평균 강도 (예컨대 80%)에서 작동하는 반면, 하부 램프 (56)-(59)는 다른 시간-평균 강도 (예컨대 60%)에서 작동할 수 있다. 따라서, 각각의 램프는 충분한 전력에서 작동하면서, 상기한 바와 같이 듀티 사이클을 감소시킴으로써, 램프 스펙트럼에 악영향을 미치지 않으면서 각 램프의 평균 전력 수준을 감소시키는 것이 가능하다.
다섯 번째 램프 작동모드는 성에제거 모드로서, 이 모드는, 식품을 익히지 않고 가열하는 것이다. 성에제거 모드는 오븐 강도(듀티 사이클)를 크게 감소시킨 익히기 모드라 할 수 있다. 본 발명의 오븐의 경우, 총 오븐 강도의 약 30%에서 오븐을 작동시키면 (30% 듀티 사이클) 대부분의 식품은 거의 또는 전혀 익혀지지 않은 상태로 성에가 제거된다. 가시광선으로 식품 내부에 침투하기 위해 간헐적으로 완전한 램프 전력이 필요하다. 그러나, 이러한 완전 램프 전력 가종시간을 늘리면, 식품에 익혀지는 부분이 생기게 된다.
여섯 번째 램프 작동모드는 굽기 모드로서, 도 12에 도시된 바와 같다. 식품을 굽는다는 것은 식품을 노릇노릇하게 익혀야 할 뿐 아니라 (즉, 파이, 빵, 쿠키, 케익) 식품 내부를 충분히 익히고 (특정 피크 온도에 도달하도록) 식품 표면을 충분히 갈변시킬 것을 요구한다. 통상적인 종래 오븐에서의 굽기 방법은 오븐 온도와 굽기 시간을 선택하여 식품 내부 피크 온도와 이상적인 표면 갈변이 굽기 시간 종료시 동시에 달성되도록 하는 것이다. 이러한 굽기 공정은 오븐 온도를 단순히 상승시키는 것만으로는 속도를 빨리 할 수 없는데, 그 이유는, 단순히 온도만 상승시킬 경우, 식품 내부가 충분히 익기 전에, 갈변이 너무 빨리 일어나기 때문이다.
마찬가지로, 본 발명의 광파 오븐에서, 많은 식품들은 총시간-평균 오븐 강도보다 적은 강도를 이용하여 익히기 모드로 구워져야 하는데, 이렇게 함으로써 식품 내부의 익히기와 식품 표면 갈변이 거의 동시에 완료되기 때문이다. 오븐 전력 이 지나치게 높으면, 수분이 미리 증발되어 식품 표면이 건조해지고, 식품 내부가 완전히 익기 전에 식품 표면이 갈변되고 타게된다. 익히기 모드에서 식품을 구울 때의 또 다른 문제점은 종래 오븐에서의 굽기 시간과 익히기 모드로 작동하는 광파 오븐에서의 굽기 시간 사이에 일정한 전환공식이 없다는 것이다. 어떤 식품은 종래 오븐에 따른 조리법에 비해 광파 오븐에서 훨씬 더 빨리 구워지는 반면, 다른 식품은 겨우 약간만 더 빨리 구워질 뿐이다. 따라서, 전통적인 오븐의 굽기 조리법은 광파 오븐 전력과 익히기 모드에서의 굽기 시간을 평가하는데 그다지 유용하지 못하다.
본 발명자들은 상술한 문제점을 해소하고자 도 12에 도시된 굽기 모드를 개발하였다. 굽기 모드에서, 광파 오븐은 익히기 모드에서의 여러 가지 익히기 강도와 바삭바삭하게 굽기 모드에서의 고강도 갈변 강도를 결합시켜 식품을 굽는다. 굽기 모드는 기본적으로 식품 내부를 먼저 익히고, 이어서 굽기 사이클의 종료시 식품 표면을 대부분 노릇노릇하게 굽는다. 굽기 모드에서는, 먼저 오븐이 100% 굽기 강도에서 소정기간인 t1 동안 작동한다. 이 최초의 기간 동안에는 식품이 식품 표면의 많은 수분으로 차가와 지기 시작하기 때문에 식품 표면에 갈변이 거의 일어나지 않는다. 식품이 구워짐에 따라, 식품 표면의 갈변을 방지하기 위해 보다 낮은 오븐 강도가 요구된다 (이것은 식품 내부를 익히는데 필요한 가시광선과 근가시광선의 침투를 방지해준다). 따라서, 기간 t1이 종료한 후, 기간 t2의 시간-평균 강도는 90%로 저하되고, 기간 t3에서는 오븐 강도가 80%로 되며, 기간 t4에서는 오븐 강도 가 70%로 되고, 기간 t5에서는 오븐 강도가 60%, 기간 t6에서는 오븐 강도가 50%로 된다. 식품 표면은 심하게 갈변되지 않으면서 식품 내부는 감소된 오븐 강도에서 계속 익혀진다. 일단 식품 내부가 거의 그의 피크 온도 (완전히 익음)에 도달하면, 고 오븐 강도 (100%)를 기간 t7 동안 적용시켜 식품 표면을 노릇노릇하게 굽는다 (그리고 식품 내부의 조리를 마감함). 이상적으로, 익히기 모드 (상부 램프와 하부 램프를 모두 이용)는 t1 내지 t6의 시간대에서 식품 내부를 균일하게 익히기 위해 이용되며, 시간대 t7에서는 바삭바삭하게 굽기 모드 (상부 램프만 이용)를 이용하여 식품 표면을 위쪽에서부터 노릇노릇하게 굽는다. 본 발명의 광파 오븐의 이러한 굽기 모드 작동에 의해 종래 오븐보다 훨씬 단축된 시간으로 고품질의 구워진 식품을 얻을 수 있다.
상술한 굽기 모드 작동이 종래 오븐 조리법 (대부분의 식품에 대해 잘 알려져 있음)과 광파 오븐에서의 총 굽기 모드 시간 T (t1 내지 t7) 사이에서 효과적으로 전용될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 가장 주목할만한 것은, 굽기 모드에서 시간대 t1 내지 t7에서 유일한 변수가 종래 오븐의 굽기 시간인 단일 공식을 이용함으로써, 공지의 최대 전력 밀도를 갖는 광파 오븐에서 대부분의 식품을 구워낼 수 있다는 것이다. 따라서, 사용자는 단지 광파 오븐에 종래 오븐의 굽기 시간의 특정 분율이 될 굽기 시간 T를 입력하기만 하면, 오븐이 자동적으로 굽기 모드로 식품을 구워준다.
예컨대, 최대 전력 밀도가 약 0.7 W/cm2인 상술한 1.8 KW 오븐의 경우, 다음의 굽기 모드의 공식에 따라 대부분의 식품을 신속하게 구워내어 고품질의 구워진 식품을 얻을 수 있는 것으로 관찰되었다:
t1 내지 t5 = 각각 1분,
t6 = T-6분
t7 = 1분
Figure 111999004270834-pct00002
위에서 T는 총 광파 조리 시간이다. 이 공식은 최대 전력 밀도가 다소 높거나 낮은 광파 오븐에서는 변화될 수 있으며, 오븐 내부공간의 크기, 전체적인 오븐 내부공간의 반사능, 오븐 내부공간의 벽 소재, 사용된 램프의 종류와 색상 온도 등에 따라서도 변할 수 있다. 종래 오븐에서의 굽기 온도는 굽기 모드 작동시 공식에 산입할 필요는 없다. 이 공식은 종래 오븐에 따른 굽기 시간이 약 14분 이상인 식품에 특히 잘 적용된다. 14분 미만의 종래 오븐에 의한 굽기 시간의 경우, T는 t1 내지 t7의 전 기간 내내 실행하기에 충분히 길지 않다. 그러나, 상기 공식은 종래 오븐에 의한 굽기 시간이 14분 미만인 식품에 대해서도 여전히 잘 적용되며, 이 경우 굽기 순서는 시간 T에서 가능한 한 많은 t1 내지 t6이 종료되도록 하여, 굽기 순서를 건너뛰어 완전히 바삭바삭하게 구워지는 것 (t7)으로 마감하도록 한다.
상기 공식을 사용할 경우, 주어진 식품에 대해 종래 오븐에 따른 굽기 조리법 (예컨대 식품의 포장지로부터)만 알고있는 사용자에게 매우 편리하다. 작동 키 (16)를 이용하여 사용자는 단지 종래 굽기 시간을 입력하기만 하면, 제어기 (9)가 시간값 t1 내지 t7을 산출해낸다. 다른 한편, 만약 시간 변환이 쉬운 경우 (예컨대, 1.8 KW 오븐의 절반 값에 해당하는 경우), 사용자는 종래 오븐의 굽기 시간의 특정 백분율 (예컨대 절반)인 대략적인 굽기 모드 시간 T를 입력할 수 있고, 제어기 (9)가 시간값 t1 내지 t7을 계산해 줄 것이다.
하나 이상의 시간대의 기간을 변경시키거나 또는 하나 이상의 시간대를 건너뛰는 다른 굽기 공식도 우수한 품질로 식품을 구워낼 수 있음에 유의하여야 한다. 예컨대, 다음 공식을 이용해서도 식품을 성공적으로 구워낼 수 있었다:
t1 = 1분
t2 = 1분
t3 = 2분
t4 = 3분
t5 = T-8분
t7 = 1분
Figure 111999004270834-pct00003
상기에서, 80% 및 70% 강도의 시간대 (t3, t5)는 증가되고, 50% 강도의 시간대 (t6)는 생략되었다.
광파 오븐에 의해 사용되는 굽기 공식에서 요구되는 것보다 갈변 시간을 좀 더 요구하거나 좀 덜 요구하는 식품이 있다. 이러한 식품의 경우, 사용자는 단지 마지막 시간대 t7 동안 광파 오븐의 굽기 모드 작동을 육안으로 모니터링하기만 하면 된다. 시간대 t7이 종료되기 전에 갈변이 완료되면, 사용자는 굽기 모드 작동을 단지 중지시키기만 하면 된다. 굽기 모드 작동에 의해 완전히 노릇노릇해지지 않는다면, 필요한 만큼 식품을 좀 더 노릇노릇하게 하기 위해 바삭바삭하게 굽기 모드를 추가로 활성화시킬 수 있다. 갈변 시간대 (t7)가 개시되는 것을 가리키거나, 또는 갈변 시간대가 어느 정도 경과된 후, 청취 가능한 경고음을 내도록 제어기 (9)를 프로그래밍 시킴으로써 사용자가 식품이 구어지는 것을 육안으로 관찰하도록 경고받을 수 있다.
육류와 피자와 같은 많은 식품의 경우, 익히기 모드를 이용하는 조리 순서를 바삭바삭하게 굽기 모드에서 끝나게 한다면 최종적으로 조리된 식품의 품질을 더욱 향상시킬 수 있다는 발견에 기초하여 또 다른 조리 모드 공식이 개발되었다. 부가된 갈변 효과는 익히기 모드에서 조리된 대부분의 식품의 품질을 향상시키는 한편, 부가적인 갈변을 요하지 않는 다른 식품들에는 나쁜 영향을 미치지 않는다. 이 조리 모드 공식은 단순히 조리 순서의 마지막 수분간 익히기 모드로부터 바삭바삭하 게 굽기 모드로 조리 모드를 변환시키기만 하면 된다. 다음에 설명된 바와 같이, 익히기 모드가 바삭바삭하게 굽기 모드로 전환되는 실시간 tc는 조리 순서의 전체적인 조리 시간 T에 따라 좌우된다:
T = 10분 미만인 경우, tc는 2분이어야 한다.
T = 10 - 20분인 경우, tc는 4분이어야 한다.
T = 20 - 30분인 경우, tc는 6분이어야 한다.
T = 30 - 60분인 경우, tc는 8분이어야 한다.
T = 60분을 초과하는 경우, tc는 10분이어야 한다.
따라서, 예컨대, 익히기 모드로 40분이면 보통 잘 조리되는 식품은, 익히기 모드로 32분간 익힌 다음 이어서 바삭바삭하게 굽기 모드로 8분간 처리되면 더 잘 조리될 수 있을 것이다. 상기 조리 모드 공식은 또한 최대 전력 밀도가 다소 높거나 낮은 경우 변화될 수 있으며, 오븐 내부공간의 크기, 전체적인 오븐 내부공간의 반사능, 오븐 내부공간의 벽 소재, 사용된 램프의 종류와 색상 온도 등에 따라서도 변할 수 있다.
2개의 1 KW, 120 VAC 램프에 의해 약 1.8 KW에서 2900 oK에서 작동하는 상술한 오븐은 약 0.7 W/cm2의 최대 시간-평균 전력 밀도를 발생시킨다. 이러한 전력 밀도는 훌륭한 갈변효과와 함께, 종래 오븐보다 식품을 약 2배 빠른 속도로 조리해준다. 그러나, 상기 오븐은 약 0.35 내지 약 0.40 W/cm2의 매우 낮은 평균 전력 밀도에서도 여전히 종래 오븐보다 신속한 조리 속도로 식품을 조리할 수 있음을 주목하여야 한다. 이러한 저전력 밀도는 램프의 듀티 사이클을 감소시키거나 또는 램프의 총 작동 전력을 약 1.8 KW 미만으로 저하시켜 오븐 강도를 낮춤으로써 달성할 수 있다. 그러나, 램프 전력이 지나치게 저하되어, 램프의 색상 온도가 크게 저하되면, 고품질의 식품을 효과적으로 조리하기 하는데 충분한 가시광선과 근가시광선이 발생되지 않을 것이다.
램프의 색상 온도를 변화시킴으로써, 조리 사이클의 여하한 시점에서 방출되는 적외선의 백분율을 증가시키는 것도 본 발명의 범위에 속한다. 예컨대, 바삭바삭하게 굽기 모드에서 서로 다른 바삭바삭하게 굽기 효과를 얻기 위해, 3개의 상부 램프를 총 전력 1.8 KW로 활성화시킬 수 있었다. 각각의 램프는 2900 oK의 색상 온도 미만에서 잘 작동하여 2개의 램프는 총 전력으로 작동하므로, 비교적 적은 가시광선과 근가시광선이 방출된다. 이러한 개념의 한가지 극단적인 예는 데우기 모드로서 여기서는 모든 램프가 매우 낮은 전력으로 작동하기 때문에, 식품 내부를 익히지 않으면서 식품을 데워주기만 하는 적외선이 대부분 발생된다.
본 발명의 오븐은 또한 다른 조리원과 함께 협동적으로 사용될 수 있다. 예컨대, 본 발명 오븐은 마이크로파 (microwave) 복사원 (170)을 포함할 수 있다. 이러한 오븐은 쇠고기 구이 (roast beaf)와 같이 두껍고 고흡수성인 식품을 조리하는데 이상적일 것이다. 마이크로파 복사는 육류의 내부를 익히는 것을 돕는데 이용되 고, 본 발명의 적외선, 근가시광선 및 가시광선 복사는 식품 외부를 익히고 노릇노릇하게 해주는데 이용될 것이다.
마지막으로, 8개중 2개 램프만을 동시에 작동시키거나, 또는 필요한 전력이 공급될 경우, 2개보다 많은 램프를 동시에 작동시키는 방식으로 식품 상부/하부의 모든 램프가 동시에 켜지지는 않도록, 식품의 상부와 하부의 램프를 엇갈린 방식으로 순차적으로 작동하는 광파 오븐에는 상이한 작동 조리모드가 이상적이다. 따라서, 충분한 전력이 공급된다면, 예컨대, 상부 램프의 작동은 제 1 램프가 꺼지기 전에 제 2 및/또는 제 3 램프를 활성화시키는 방식으로 엇갈리게 작동시킬 수 있다. 따라서, 상부 램프 또는 하부 램프의 램프 작동의 시차를 두고 엇갈리는 방식은 얼마나 오래 동안 각각의 램프를 켠채로, 그리고 끈채로 놓아두는지 뿐만 아니라, 꺼진 램프와 켜지는 램프 (그릴 모드 및 바삭바삭하게 굽기 모드에서처럼 두개 이상의 램프를 동시에 켜고 끄는 것을 포함) 사이의 중첩 또는 지연의 함수이다. 각 램프 세트의 엇갈림은 그 램프 세트의 전체적인 평균 전력 수준을 지시해준다.
본 발명은 전술한 특정 구체예로 한정되는 것이 아니라, 첨부된 특허청구범위에 의해 설명되는 여하한 모든 변형을 포괄함을 이해하여야 한다. 예컨대, 조리 대역의 상부와 하부에 위치한 복수개의 램프를 갖는 여하한 광파 오븐 내부 공간 대역에서 상술한 작동 모드를 포함하는 순차적인 램프 작동의 이용, 상이한 수의 램프와 반사 채널의 이용 (예컨대, 서로 120도 각도로 채널을 반사하는 3개의 상부 램프와 3개의 하부 램프), 실린더와 거의 동등한 반사 특성을 갖는, 비실린더형 측벽의 이용, 상기한 1 KW 및 120 V 등급과 다른 보다 높은 전압 및/또는 와트량 등급을 갖는 램프의 이용, 오븐 내부공간의 측벽의 형상/크기와 정확히 일치하지 않는 형상이나 크기를 갖는 반사기 어셈블리의 이용, 도면에 도시된 바와 같이 오븐 강도 (램프 듀티 사이클) 및/또는 램프 전력을 단계적으로 변화시키는 대신 점진적으로 변화시키는 것, 상기한 작동 모드의 어느 부분에서든 온/오프 시간과 듀티 사이클 및 램프 전력을 개별적으로/또는 집합적으로 변화시키는 것, 주어진 시간에서 2개를 초과하거나 2개 미만의 램프를 작동시키는 것, 상기한 1.8 KW 오븐 캐패시티 초과 또는 미만에서 완전한 램프 작동을 위해 오븐 내부공간과 램프 배치를 디자인하는 것, 주어진 시간에 켜진 상부 램프 대 하부 램프의 상대적인 수가 조리 시퀀스 동안 변동하도록 상부 램프와 하부 램프의 엇갈림 패턴을 삽입하는 것 등은 모두 본 발명의 범위에 속한다.
도 1A는 본 발명의 광파 오븐의 평단면도이다.
도 1B는 본 발명의 광파 오븐의 정면도이다.
도 1C는 본 발명의 광파 오븐의 측단면도이다.
도 2A는 본 발명의 상부 반사기 어셈블리의 저면도이다.
도 2B는 본 발명의 상부 반사기 어셈블리의 측단면도이다.
도 2C는 램프 중 하나의 가상 이미지를 도시한, 본 발명의 상부 반사기 어셈블리의 부분 저면도이다.
도 3A는 본 발명의 하부 반사기 어셈블리의 평면도이다.
도 3B는 본 발명의 하부 반사기 어셈블리의 측단면도이다.
도 3C는 램프 중 하나의 가상 이미지를 도시한, 본 발명의 하부 반사기 어셈블리의 부분 저면도이다.
도 4A는 본 발명의 광파 오븐 상부의 평단면도이다.
도 4B는 본 발명의 광파 오븐 하우징의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 구체예의 측단면도이다.
도 6은 램프 밑에 반사기 컵을 포함하는, 본 발명의 다른 구체예의 반사기 어셈블리의 평면도이다.
도 7A는 본 발명의 다른 구체예의 반사기 어셈블리에 있어서 반사기 컵의 평면도이다.
도 7B는 도 7A의 반사기 컵의 측단면도이다.
도 7C는 도 7A의 반사기 컵의 말단 단면도이다.
도 8은 도 7A의 반사기 컵의 또 다른 구체예의 평면도이다.
도 9A는 익히기 모드 작동시 본 발명의 순차적인 램프 활성화 시간을 나타내는 그래프이다.
도 9B는 바삭바삭하게 굽기 모드 작동시 본 발명의 순차적인 램프 활성화 시간을 나타내는 그래프이다.
도 9C는 그릴 모드 작동시 본 발명의 순차적인 램프 활성화 시간을 나타내는 그래프이다.
도 10은 오븐 강도를 낮춰서 익히기 모드로 작동시 순차적인 램프 활성화 시간을 나타내는 그래프이다.
도 11A는 90%로 감소된 오븐 강도에서 익히기 모드로 작동시 순차적인 램프 활성화 시간을 나타내는 그래프이다.
도 11B는 80%로 감소된 오븐 강도에서 익히기 모드로 작동시 순차적인 램프 활성화 시간을 나타내는 그래프이다.
도 11C는 70%로 감소된 오븐 강도에서 익히기 모드로 작동시 순차적인 램프 활성화 시간을 나타내는 그래프이다.
도 11D는 60%로 감소된 오븐 강도에서 익히기 모드로 작동시 순차적인 램프 활성화 시간을 나타내는 그래프이다.
도 11E는 50%로 감소된 오븐 강도에서 익히기 모드로 작동시 순차적인 램프 활성화 시간을 나타내는 그래프이다.
도 12는 굽기 모드로 작동시 본 발명의 순차적인 램프 활성화 시간을 나타내는 그래프이다.

Claims (27)

  1. 조리 대역과, 그리고 적외선, 근가시광선 및 가시광선 영역을 포함하는 전자기 스펙트럼으로 복사 에너지를 제공하고 상기 조리 대역의 상부에 위치하는 복수의 제 1 고전력 램프 및 상기 조리 대역의 하부에 위치하는 복수의 제 2 고전력 램프를 갖는 광파 오븐에서 식품을 조리하는 방법으로서,
    상기 복수의 제 1 램프와 상기 복수의 제 2 램프 중 어느 한 쪽에 시차를 두고 엇갈리는 방식 (staggered manner)으로 전력을 인가함으로써 상기 어느 한 쪽의 복수의 램프를 제 1 평균 전력 수준으로 순차적으로 작동시켜, 상기 어느 한 쪽의 복수 개의 램프 모두가 동시에 켜지지는 않도록 하는 단계와;
    상기 복수의 제 1 램프와 상기 복수의 제 2 램프 중 다른 한 쪽에 시차를 두고 엇갈리는 방식으로 전력을 인가함으로써 상기 다른 한 쪽의 복수 개의 램프를 제 2 평균 전력 수준으로 순차적으로 작동시켜, 상기 다른 한 쪽의 복수 개의 램프 모두가 동시에 켜지지는 않도록 하는 단계를 포함하는, 광파 오븐에서 식품을 조리하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 소정의 시간 동안은 상기 복수의 제 1 및 제 2 램프의 순차적인 작동이 동시에 수행되지는 않아서, 상기 복수의 제 2 램프가 순차 작동하는 동안에는 상기 복수의 제 1 램프를 끄고, 상기 복수의 제 1 램프가 순차 작동하는 동안에는 상기 복수의 제 2 램프를 끄는 것을 특징으로 하는, 광파 오븐에서 식품을 조리하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 제 1 램프 및 제 2 램프의 순차적인 작동을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는, 광파 오븐에서 식품을 조리하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 복수의 제 1 램프와 상기 복수의 제 2 램프의 동시적인 순차 작동시, 상기 복수의 제 1 램프 중 어느 하나의 램프와 상기 복수의 제 2 램프 중 어느 하나의 램프만이 동시에 켜지도록 하는 것을 특징으로 하는, 광파 오븐에서 식품을 조리하는 방법.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 복수의 제 1 램프 및 제 2 램프의 동시적인 순차 작동시, 상기 복수의 제 1 램프 및 제 2 램프 중 적어도 어느 하나의 램프를 주어진 시간에 켜는 것을 특징으로 하는, 광파 오븐에서 식품을 조리하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 제 1 램프 및 상기 복수의 제 2 램프 중 적어도 어느 한 쪽의 순차 작동의 엇갈리는 시차를 변화시켜 이의 평균 전력 수준을 변화시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 광파 오븐에서 식품을 조리하는 방법.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 복수의 제 1 램프의 순차 작동의 엇갈리는 시차를 변화시켜 이의 평균 전력 수준을 변화시키는 단계, 그리고
    상기 복수의 제 2 램프의 순차 작동의 엇갈리는 시차를 변화시켜 이의 평균 전력 수준을 변화시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 광파 오븐에서 식품을 조리하는 방법.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 복수의 제 2 램프의 작동을 중단시키는 단계; 그리고
    상기 복수의 제 1 램프의 순차 작동의 엇갈리는 시차를 변화시켜 이의 평균 전력 수준을 증가시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 광파 오븐에서 식품을 조리하는 방법.
  10. 제 4항에 있어서,
    상기 복수의 제 1 램프의 작동을 중단시키는 단계; 그리고
    상기 복수의 제 2 램프의 순차 작동의 엇갈리는 시차를 변화시켜 이의 평균 전력 수준을 증가시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 광파 오븐에서 식품을 조리하는 방법.
  11. 제 4항에 있어서,
    상기 복수의 제 1 램프와 복수의 제 2 램프 중의 적어도 어느 한 쪽의 순차 작동의 엇갈리는 시차를 반복적으로 변화시켜 이의 평균 전력 수준을 반복적으로 감소시킨 다음, 상기 복수의 제 2 램프의 작동을 중지시키고 상기 복수의 제 1 램프의 순차 작동의 엇갈리는 시차를 변화시켜 이의 평균 전력 수준을 증가시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 광파 오븐에서 식품을 조리하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 중단시키는 단계가 실행되는 경우, 청취 가능한 경고음을 내도록 하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 광파 오븐에서 식품을 조리하는 방법.
  13. 제 3항에 있어서, 상기 제 1 평균 전력 수준이 상기 제 2 평균 전력 수준과 동등하지 않는 것을 특징으로 하는, 광파 오븐에서 식품을 조리하는 방법.
  14. 광파 오븐으로서,
    내부에 조리 대역을 포함하는 오븐 내부공간 하우징;
    전자기 스펙트럼의 가시광선, 근가시광선 및 적외선 대역의 복사 에너지를 제공하며, 상기 조리 대역의 상부에 위치하는 복수의 제 1 램프 및 상기 조리 대역의 하부에 위치하는 복수의 제 2 램프; 그리고
    상기 복수의 제 1 램프 모두가 동시에 작동하지는 않도록 이에 시차를 두고 엇갈리는 방식으로 전력을 인가함으로써, 상기 복수의 제 1 램프를 제 1 평균 전력 수준으로 순차적으로 작동시키고, 상기 복수의 제 2 램프 모두가 동시에 작동하지는 않도록 이에 시차를 두고 엇갈리는 방식으로 전력을 인가함으로써, 상기 복수의 제 2 램프를 제 2 평균 전력 수준으로 순차적으로 작동시키는 제어기를 포함하는 광파 오븐.
  15. 제 14항에 있어서, 소정의 시간 동안, 상기 복수의 제 2 램프가 순차 작동하는 동안 상기 복수의 제 1 램프는 꺼져 있게 하고, 상기 복수의 제 1 램프가 순차 작동하는 동안 상기 복수의 제 2 램프는 꺼져 있게 하는 방식으로, 상기 복수의 제 1 램프와 상기 복수의 제 2 램프 두 가지 모두가 서로 동시에 작동하지 않도록 상기 복수의 제 1 램프와 상기 복수의 제 2 램프 모두의 순차적인 작동이 제어기에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 광파 오븐.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 제어기가 상기 복수의 제 1 램프와 상기 복수의 제 2 램프의 순차적인 작동 모두가 동시에 수행되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 광파 오븐.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 복수의 제 1 램프와 상기 복수의 제 2 램프의 동시적인 순차 작동시, 상기 복수의 제 1 램프 중의 하나와 상기 복수의 제 2 램프 중의 하나 만이 동시에 켜지는 것을 특징으로 하는 광파 오븐.
  18. 제 16항에 있어서, 상기 복수의 제 1 램프와 상기 복수의 제 2 램프의 동시적인 순차 작동시 상기 복수의 제 1 램프와 상기 복수의 제 2 램프 중의 적어도 하나의 램프가 주어진 시간에 켜지는 것을 특징으로 하는 광파 오븐.
  19. 제 14항에 있어서, 상기 제어기가 상기 복수의 제 1 램프와 상기 복수의 제 2 램프 중의 어느 한 쪽의 순차 작동의 엇갈리는 시차를 변화시켜 이의 평균 전력 수준을 변화시키는 것을 특징으로 하는 광파 오븐.
  20. 제 14항에 있어서,
    상기 제어기가 상기 복수의 제 1 램프의 순차적인 엇갈리는 작동을 변화시켜 상기 제 1 평균 전력 수준을 변화시키고, 그리고
    상기 제어기가 상기 복수의 제 2 램프의 순차 작동의 엇갈리는 시차를 변화시켜 상기 제 2 평균 전력 수준을 변화시키는 것을 특징으로 하는 광파 오븐.
  21. 제 16항에 있어서, 상기 제어기가 상기 복수의 제 2 램프의 작동을 중단시키고, 상기 복수의 제 1 램프의 순차 작동의 엇갈리는 시차를 변화시켜 상기 제 1 전력 수준을 증가시키는 것을 특징으로 하는 광파 오븐.
  22. 제 16항에 있어서, 상기 제어기가 상기 복수의 제 1 램프의 작동을 중단시키고, 상기 복수의 제 2 램프의 순차 작동의 엇갈리는 시차를 변화시켜 상기 제 2 전력 수준을 증가시키는 것을 특징으로 하는 광파 오븐.
  23. 제 16항에 있어서, 상기 제어기가 상기 복수의 제 1 램프 및 상기 복수의 제 2 램프의 순차 작동 중의 적어도 하나의 엇갈리는 시차를 반복적으로 변화시켜 이의 평균 전력 수준을 반복적으로 감소시킨 다음, 상기 복수의 제 2 램프의 작동을 중지시키고 상기 복수의 제 1 램프의 순차 작동의 엇갈리는 시차를 변화시켜 제 1 평균 전력 수준을 증가시키는 것을 특징으로 하는 광파 오븐.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 복수의 제 2 램프의 작동 중지시 작동되는 청취가능한 경고장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광파 오븐.
  25. 제 14항에 있어서, 상기 제 1 평균 전력 수준이 상기 제 2 평균 전력 수준과 동등하지 않는 것을 특징으로 하는 광파 오븐.
  26. 제 14항에 있어서,
    상기 복수의 제 1 램프와 상기 제 2 램프가 동시에 순차적으로 작동되는 제 1 모드;
    상기 복수의 제 1 램프가 순차적으로 작동되고, 동시에 상기 복수의 제 2 램프는 꺼져 있는 제 2 모드; 및
    상기 복수의 제 2 모드가 순차적으로 작동되고, 동시에 상기 복수의 제 1 램프는 꺼져 있는 제 3 모드를 포함하는 복수개의 모드로, 상기 제어기가 상기 복수의 제 1 램프 및 제 2 램프를 선택적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 광파 오븐.
  27. 제 14항에 있어서,
    전통적인 오븐 조리정보를 입력하기 위한 수단, 그리고
    상기 입력된 전통적인 오븐 조리 정보에 기초해서 광파 오븐의 조리 시간과 상기 복수의 제 1 램프 및 제 2 램프의 순차 작동을 위한 순차 작동 시차 값을 산출하기 위한 수단을 추가로 포함하고,
    상기 제어기가 상기 산출된 조리 시간과 상기 시차 값에 기초해서 상기 복수의 제 1 램프와 제 2 램프의 순차적인 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 광파 오븐.
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