KR200488862Y1 - 증기 발생 시스템 - Google Patents

Abstract

오븐 챔버(6)를 둘러싸는 외부 하우징(4), 열기(10)가 흐르기 시작하는 열기 채널(8), 상기 오븐 챔버(6) 안으로 열기가 취입되는 상기 오븐 챔버(6)의 벽에 있는 일련의 개구 형태의 열기 입구, 상기 오븐 챔버(6)로부터 열기가 제거되는 배기 출구, 및 도어를 포함하는 오븐(2) 내의 증기 발생 시스템. 상기 증기 발생 시스템은 제어 신호(14)를 생성함으로써 굽기 또는 조리 절차를 제어하도록 구성되는 제어 유닛(12), 및 상기 열기 채널 내에 수평으로 배열되는 세장형(elongated) 증기 발생 모듈(16)을 포함하며, 상기 증기 발생 모듈(16)은 종방향 축(18)을 중심으로 회전가능하고 상기 증기 발생 모듈(16)은 미리 결정된 개수의 증기 모듈 부재(20)를 포함하며 각각의 증기 모듈 부재(20)는 세장형이고 대체적으로 평평한 연장부를 구비한 하나의 주 표면(22)을 포함하며, 상기 증기 발생 부재(20)은 미리 결정된 거리 만큼 서로 위아래로 평행하게 배열된다. 상기 시스템은 상기 증기 발생 모듈에 연결되도록 배열되고 물을 상기 모듈에 공급하도록 구성되는 적어도 하나의 물 공급 부재(23)를 더 포함한다. 상기 증기 발생 모듈(16)은 두 개의 상태 즉, - 증기 발생 상태로서, 상기 상태의 적어도 일 부분 동안 물이 상기 모듈에 공급되고, 상기 상태 동안 상기 부재(20)의 주 표면(22)이 실질적으로 수평 위치에 있어 물이 증발하는 것을 허용하는, 증기 발생 상태와, - 상기 부재(20)의 주 표면(22)이 실질적으로 수직 위치에 있어 열기가 상기 모듈(16)을 통과하는 것을 허용하는 열기 상태에 있도록 구성된다.

Description

증기 발생 시스템{A STEAM GENERATING SYSTEM}

본 고안은 독립 청구항의 전제부에 따른 증기 발생 시스템, 및 더욱 상세하게는 오븐용 증기 발생 시스템에 관한 것이다.

구워질 제품이 바퀴를 구비한 정사각형 랙에 홀딩되는 정사각형 또는 직사각형 트레이 또는 팬 상에 배열되는 굽기 판들 상에 도입되는 열기 베이커의 랙 오븐(Hot air baker's rack oven)이 공지되어 있다. 상기 랙은 오븐의 오븐 챔버 내로 도입되고 굽기 공정이 일어나는 동안 오븐 챔버에 유지될 것이 의도된다. 상기 오븐 챔버는 직사각형, 정사각형 또는 원형의 수평 방향 횡단면을 가지고(즉, 위로부터 볼 때 횡단면이 직사각형, 정사각형 또는 원형이고) 랙을 수용하고 랙이 회전되는 것을 허용하도록 치수화된다. 열기(hot air)는 제품을 굽기 위해 하나 또는 둘 이상의 모서리 굽힘부를 통해 오븐 챔버로 도입될 수 있다. 이는 오븐 챔버에 걸쳐 온도 구배를 초래하여 제품의 불균일한 조리를 초래할 수 있다. 제품의 불균일한 굽기를 감소시키기 위해, 랙은 굽기 공정 동안 수직 축을 중심으로 회전된다. 이는 굽기 공정 동안 턴테이블 상에 랙을 배치함으로써 또는 굽기 공정 동안 회전되는 회전 가능한 후크로 랙을 상승시킴으로써 달성될 수 있다. 굽기 공정이 마무리되면, 랙은 (이 같은 후크가 사용된 경우 후크로부터 낮춰져서 커플링 해제된 후) 개방된 랙 오븐으로부터 제거된다. 이 같은 랙 오븐의 일 예는 제 US3954053호로부터 공지된다. 이는 직선형 후방 벽, 상기 후방 벽에 대해 수직하게 배열된 두 개의 평행하고 공간 이격된 측벽 및 오븐 챔버의 전방 단부를 폐쇄할 수 있는 곡선형 도어를 구비하는 실질적인 직사각형 오븐 챔버를 갖는다.

아래 설명에서 열기 공급 및 배기 시스템들과 같이 업계에서 주지되는 특징들은 본 고안의 이해를 보조하기에 필요한 것을 제외하고 상세하게 설명되지 않는다.

종래의 랙 오븐은 오븐 챔버를 둘러싸는 외부 하우징, 열기가 흐르기 시작하는 열기 채널 및 열기가 관통하여 오븐 챔버 내로 취입되는 오븐 챔버의 벽에 수직 위치의 일련의 수평 개구들 형태의 열기 입구, 열기가 통과하여 오븐 챔버로부터 제거되는 배기 출구 및 도어를 갖는다. 베이커의 오븐에서 전형적인 바와 같이, 적어도 일부의 배기된 공기가 팬에 의해 히터를 지나 적합한 도관을 통해 이송되어 열기 입구를 통해 오븐 챔버 내로 재도입된다.

식료품은 오븐 챔버 내로 운반되는 바퀴가 달린 랙의 팬, 트레이, 슬링(sling) 또는 다른 직절한 지지부 상에 배치되고 열기 입구 내의 개구의 형상은 바람직하게는 열기가 오븐 챔버를 통하여 원하는 방식으로 흐르게 되도록 설계된다. 바람직하게는 열기 흐름은 랙의 상부로부터 저부로 그리고 굽기 트레이의 외측 에지로부터 중심으로의 열의 균일한 전달에 의해 구워지는 제품의 가열이 균일하게 되도록 배열된다. 이는 개구를 상방으로 굽혀지게 함으로써 달성될 수 있어 기류(air flow)가 열을 구워지는 제품의 하부에 제공하도록 굽기 트레이와 상승 각도에서 충돌한다. 오븐 내의 제품은 이에 따라 열기의 스트림에 의해 직접적으로뿐만 아니라 제품이 놓이는 트레이를 통하여 간접적으로 접촉됨으로써 가열된다. 바퀴가 달인 랙은 바람직하게는 실질적인 수직 축선을 중심으로 회전하는 랙을 회전시키기 위해 전동식 랙 회전 기구에 의해 오븐 챔버의 천장으로부터 지지된다.

베이커의 오븐에서 음식을 조리하기 위한 열기는 버너 내의 연료를 연소시키고 조리 공기가 배기 가스에 의해 오염되지 않으면서 횡류 튜브 열 교환기를 통해 배기 가스 내에 열을 조리 공기로 전달함으로써 생산될 수 있다.

베이커의 오븐을 설계할 때 하나의 목적은 오븐의 에너지 효율을 개선하고 동시에 오븐의 굽기 성능을 감소시키지 않으면서 오븐의 공간을 가능한 작게 유지하는 것이다.

증기는 바람직하게는 빵의 표면의 탄성에 영향을 미치고 이에 부가하여 표면에 윤기가 흐르도록 굽기 절차에서 초기에 이용된다.

상기 증기는 열기 채널을 통해 개구를 통해 오븐 챔버 내로 정상적으로 공급된다.

익는 속도(boiling speed)는 표면상의 글루텐이 결정화되어 균열 없이 팽창할 수 있는 표면을 형성하기 때문에 오븐 내의 제품의 굽기에 영향을 미친다. 증기가 도우 상의 표면상에서 물로 응축될 때 증기는 에너지의 즉각적인 전달과 함께 표면의 습윤화에 의해 이를 유발한다. 증기가 부가되지 않은 경우 표면이 건조되어 건조 표면을 형성한다. 따라서 증발 속도가 중요하다.

본 고안의 목적은 증발 속도를 증가하고 주 굽기 절차 동안 열기 흐름의 영향을 최소화함으로써 굽기 또는 조리 절차의 개선된 증기화 절차를 달성하는 것이다.

전술된 목적은 독립 청구항에 따라 본 고안에 의해 달성된다.

바람직한 실시예는 종속 청구항에 제시된다.

상기 목적은 베이커리 오븐의 열기 흐름 채널 내에 증기 발생 모듈을 배열함으로써 본 고안에 의해 달성된다.

증기 발생 모듈은 두 개의 상태들, 증기 발생 상태 및 열기 상태에 있도록 구성된다. 상이한 상태는 상기 증기 발생 모듈의 종방향 축을 중심으로 모듈을 대략 90도 회전시킴으로써 달성된다.

본 고안에 따른 시스템은 증기 모듈 부재의 표면상에, 거품 아래 증발 쿠션에 의해, 물을 수포 형태로 이동시키는 소위 레이덴프로스트 효과(Leidenfrost effect)의 장점을 갖는다. 물이 표면 상으로 이동함에 따라 더 많은 증기가 발생된다.

증기 발생 상태 동안 물은 증발 동안 주 표면 상에 "떠있는 것(float)"으로 보이며 본 고안의 하나의 양태 배후의 아이디어는 증발 속도를 추가로 개선하도록 증발된 물에 누출될 장소를 제공하는 것이다. 예열하기 위한 표면적과 동시에, 물이 다음 열의 판들 상으로 이동하기 전에 물이 증가된다. 주 표면의 구체적 표면 구조물을 제공함으로써 개선된 증발이 달성되었다.

일 실시예에 따라 이는 증기 발생 부재의 주 표면상에 상이한 표면 레벨(level)을 생성함으로써 달성되어 표면이 적어도 두 개의 표면 레벨, 상부 표면 레벨, 제1 하부 레벨, 제2 하부 레벨 등으로 이루어지고, 하나의 레벨에서 물이 떠오르고 이 레벨 아래의 제2 또는 추가 레벨에서 가스가 누출될 수 있다. 증기 절차가 발생될 때 주 표면은 실질적으로 수평 위치로 배향된다.

물이 주 표면에 공급될 때 물 아래에 기포가 형성되는 것이 상부 표면 레벨 상에 초래한다. 이는 물을 강제로 표면으로부터 멀리 상방으로 끌어올릴 것이다. 하부 표면 레벨(들)은 또한 물을 가열하고 물을 상승시키기 위해 요구되는 가스 압력이 증가하고 증발 속도가 증가된다.

상이한 표면 레벨은 가스를 포획하지 않도록 증발된 가스가 누출할 수 있는 주 표면 상에 채널 또는 만입부를 제공함으로써 구성된다. 이는 에너지가 표면 위로 물을 유지하기에 충분하지 않을 때까지 연속 증발을 강제할 것이다. 표면이 압력, 온도 및 습도에 종속하는 주변과 평형 상태에 도달할 때까지 물이 증발할 것이다.

상이한 레벨의 크기 및 높이 차이는 질량, 표면적 및 재료에 의존한다. 생성될 수 있는 증기의 양, 표면적 및 원하는 증기 속도 사이에서 상호 작용한다.

일 실시예에서 주 표면은 두 개의 표면 레벨들로 구성되고 상부 표면 레벨은 영역 A를 가지고 제1 하부 표면 레벨은 영역 B를 갖는다.

A와 B 사이의 관계는 주 표면의 성능을 형성하는 하나의 방법이다. 몫 A/B를 보정함으로써 상이한 증발 속도가 달성될 수 있다.

다른 실시예에서, 관통 개구들, 예를 들면 정사각형 또는 직사각형 개구는 과도한 물이 증기 모듈 부재 아래로 떨어지는 것을 허용하는 증기 모듈 부재들의 주 표면들에 구비되고, 이 주 표면에서 동일한 절차, 즉 증발이 발생한다.

증기 모듈 부재는 바람직하게는 각진 측 표면들이 제공될 수 있고 각진 측 표면들의 목적은 물을 주 표면으로 회수하는 것이다.

도 1은 본 고안에 따른 증기 발생 시스템을 포함하는 오븐을 예시하는 단순화된 개략적인 블록도이다.
도 2 내지 도 4는 본 고안에 따른 증기 발생 모듈의 상이한 도면들을 도시한다.
도 5 및 도 6은 각각 두 개의 상이한 상태에서 증기 발생 모듈을 개략적으로 도시한다.
도 7 및 도 8은 각각 본 고안에 따른 증기 모듈 부재의 상이한 실시예의 횡단면도를 도시한다.
도 9는 본 고안에 따른 증기 발생 모듈의 상이한 도면들을 도시한다.
도 10 내지 도 12는 상이한 실시예들에 따른 증기 발생 부재의 횡단면도들을 도시한다.
도 13 및 도 14는 본 고안의 상이한 실시예에 따른, 증기 발생 부재의 평면도들을 도시한다.
도 15 및 도 16은 본 고안의 추가 실시예들에 따른, 증기 발생 부재의 평면도들을 도시한다.
도 17 내지 도 19는 본 고안의 또 다른 실시예들에 따른, 증기 발생 부재의 각각의 사시도, 횡단면도 및 평면도를 도시한다.

첨부된 도면을 참조하면, 본 고안은 지금부터 상세하게 설명될 것이다.

도면들을 통하여 동일한 도면부호는 동일하거나 유사한 아이템들을 표시하기 위해 사용되었다.

먼저 도 1을 참조하면, 본 고안은 오븐(2) 내 증기 발생 시스템에 관한 것이다. 상기 오븐(2)은 오븐 챔버(6)를 둘러싸는 외부 하우징(4), 열기(10)가 흐르기 시작하는 열기 채널(8)을 포함한다. 상기 오븐은 오븐 챔버(6)의 벽에 있는 일련의 개구(도시 안됨)의 형태의 열기 입구, 배기 출구(도시안됨), 및 도어(도시안됨)가 더 제공되며, 이 열기 입구를 통하여 열기가 오븐 챔버(6) 내로 취입되고 이는 점선의 블록 화살표로 예시되며, 상기 배기 출구를 경유하여 열기가 오븐 챔버(6)로부터 제거되고 이는 점선의 블록 화살표로 예시된다. 열기의 방향이 대안예로서 도 1에 예시된 방향과 반대 방향이 될 수 있음에 유의한다.

증기 발생 시스템은 제어 신호(14)를 생성함으로써 굽기 또는 조리 절차를 제어하도록 구성된 제어 유닛(12)을 포함한다. 제어 유닛(12)은 키보드, 터치스크린 등일 수 있는 입력 수단(도시 안됨)을 통한 명령들의 입력에 의해 프로그래밍될 수 있고, 여기서 조작자는 특정 굽기 또는 조리 절차를 선택할 수 있다.

증기 발생 시스템은 상기 열기 채널(8) 내에 수평으로 배열된 세장형(elongated) 증기 발생 모듈(16)을 더 포함한다. 증기 발생 모듈(16)은 종방향 축(18)을 중심으로 회전가능하고 상기 증기 발생 모듈(16)은 미리결정된 개수의 증기 모듈 부재(20)(도 2 내지 도 9 참조)를 포함한다. 각각의 증기 모듈 부재(20)는 세장형이고 각각의 증기 모듈 부재(20)는 대체적으로 평평한 연장부를 구비한 하나의 주 표면(22)을 포함하며, 하나의 모듈 내에 증기 발생 부재(20)가 미리 결정된 거리만큼 서로 위아래로 평행하게 배열된다. 하나의 모듈에서 부재의 개수는 5 내지 15개의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.

일 실시예에 따라 증기 발생 모듈(16)은 아래와 같은 두 개의 상태에 있도록 구성된다:

- 물이 모듈에 공급될 때 물이 증발하는 것을 허용하는 부재(20)의 주 표면(22)이 실질적으로 수평 위치에 있는 증기 발생 상태,

- 열기가 상기 모듈(16)을 통과하는 것을 허용하는, 부재(20)의 주 표면(22)이 실질적으로 수직 위치에 있는 열기 상태.

증기 발생 모듈(16)은 증기 발생 상태로부터 열기 상태로 될 때 및 열기 상태로부터 증기 발생 상태로 될 때 제어 유닛(12)에 의해 발생된 제어 신호들(14)에 종속하여 상기 증기 발생 모듈의 종방향 축(18)을 중심으로 90°회전(틸팅)되도록 구성된다. 회전은 모듈의 종방향 축과 일치하는 회전 액슬 주위로 회전될 수 있도록 배열되는 적절한 회전 유닛(도시 안됨)에 의해 수행된다. 회전 유닛은 예를 들면 스텝 모터일 수 있다.

증기 발생 시스템은 모듈이 증기 발생 상태에 있기 전에 상기 증기 발생 모듈(16)을 가열하도록 구성된다. 상기 가열은 예를 들면 고온 공기를 모듈에 인가함으로써 수행된다. 상기 모듈은 물이 모듈에 공급될 때 상기 모듈은 소위 레이덴프로스트 효과가 일어나는 온도로 가열된다. 열기는 종래에는 예를 들면 열 교환 모듈을 통해 또는 가열 부재를 통해 가열된다.

이에 따라, 증발이 발생하는 각각의 증기 모듈 부재의 상부 표면이 과열된다.

아래에서 설명될 레이덴프로스트 효과에 따라, 최적 증발이 현 압력에서 포화점, 즉 끓는 점 위 30℃에서 발생한다.

베어커리 오븐을 위한 현재 사용된 증기 시스템은 통상적으로 이러한 온도 한계 위, 예를 들면 100℃ 내지 120℃ 위의 온도를 사용한다. 상기 경우에서 기포는 물 아래 형성되며 상기 기포는 온도 절연 효과를 가지며 증발을 방지한다.

이러한 현상의 결과는 표면에 대한 매우 낮은 마찰이 있기 때문에 수포가 표면 위로 용이하게 이동할 것이다. 상기 물은 또한 표면의 구조 및 높이에 따라 표면 상에서 상방으로 "올라갈 수 있다(climb)."

본 고안에 따라, 증기 모듈 부재는 레이덴프로스트 효과와 관련하여 설명된 현상의 장점을 취하도록 형성된다.

증기 모듈 부재의 표면은 바람직하게는 레이덴프로스트 효과를 추가로 개선하는 소형 만입부 또는 그루브가 제공된다.

증기 모듈 부재는 바람직하게는 금속으로 제조되고 하나의 적절한 재료는 알루미늄이다. 알루미늄이 예를 들면 강에 비해 중량과 관련된 더 많은 에너지를 저장할 수 있고 또한 모듈이 만약 예를 들면 강으로 제조되는 것보다 상당히 더 가벼울 것이라는 점에서 알루미늄이 유리하다. 다른 가능한 재료는 임의의 페라이트 스테인리스 재료, 예를 들면 크롬강이다.

바람직하게는 증기 모듈 부재는 성형되는 반면, 이어서 표면의 원하는 구조를 얻는 것, 예를 들면 그루브 또는 만입부를 포함하는 것이 가능하다. 재료의 다른 요건은 재료가 음식 산업에서 관련된 당국에 의해 승인되어야 한다는 것이다.

모듈 및 증기 모듈 부재들의 크기, 예를 들면 길이 및 폭은 오븐의 열기 채널 내의 이용가능한 공간에 적용된다. 하나의 구현예에 따라 길이는 대략 300 mm이고 폭은 대략 140 mm이다. 증기 모듈 부재의 두께는 대략 4 내지 8 mm이고 바람직하게는 대략 6 mm이다. 부재들 사이의 거리는 2 내지 6 mm의 범위, 바람직하게는 4 mm에 있다.

모듈의 회전은 전술된 바와 같이 도면들에서 표시된 바와 같이 모듈의 중심을 통하여 연장하는 종방향 축을 중심으로 모듈을 회전시킴으로써 달성될 수 있다. 대안예로서, 모듈은 모듈의 단변(short side)으로부터 볼 때 모듈의 코너들 중 하나를 따르는 종방향 축을 중심으로 한 회전에 의해 회전될 수 있거나 틸팅될 수 있다.

특히 도 7에 예시된 증기 모듈 부재의 횡단면도를 참조하여, 증기 모듈 부재(20)의 일 실시예가 지금부터 설명될 것이다. 상기 부재는 하나의 주 표면(22) 및 두 개의 측 표면들(24)을 포함하며, 여기서 각각의 측 표면(24)은 주 표면의 장변(long side)을 따라 배열되고, 상기 증기 모듈 부재(20)가 넓은 컵 형상을 나타내도록 각각의 측 표면은 주 표면에 대해 기울어져 있다. 각각의 측 표면(24)은 바람직하게는 주 표면(22)에 대해 미리결정된 제1 각도(v1)로 기울어져 있으며, 상기 미리결정된 제1 각도(v1)는 5°내지 15°의 범위 내이고, 바람직하게는 10°를 초과한다.

다른 실시예는 또한 증기 모듈 부재의 횡단면도를 보여주는 도 8에 예시된다. 이러한 실시예에서 상기 주 표면(22)에 각각의 제1 측 표면(24)을 따라 각각의 제1 측 표면(24)의 외측에 제2 측 표면(26)이 배치되고, 상기 제2 측 표면(26)은 미리결정된 제2 각도(v2)로, 바람직하게는 20°를 초과하는 각도로 가장 바람직하게는 30°를 초과하는 각도로 상기 주 표면(22)에 대해 기울어져 있으며, 상기 미리결정된 제2 각도(v2)는 바람직하게는 미리결정된 제1 각도(v1)보다 더 크다.

본 고안의 실시예에 따라 증기 모듈 부재들(20)에는 관통 개구들(28)이 제공되고, 상기 관통 개구들은 바람직하게는 부재(들20)의 주 표면들(22)을 따라 등 간격으로 분포된다. 상기 개구(28)는 도 4 및 도 9의 하부 우측 부분에 예시된다.

증기 발생 부재 상에 제공된 관통-개구들은 과잉 물이 다음 높이, 즉 부재 아래로 부어지는 것을 가능하게 하여 계속된 증발이 일어 날 수 있다.

위에서 지적된 바와 같이, 개구는 바람직하게는 부재 상에 등 간격으로 배열된다. 그러나, 개구의 더 불규칙한 다른 분포가 당연히 가능할 수 있다. 이웃하는 증기 발생 부재 내의 개구는 서로에 대해 오프셋될 수 있다.

얼마나 빨리 물이 하나의 부재로부터 떠나야하는지 그리고 아래 부재로 공급되어야 하는지를 제어하기 위하여 개구의 크기가 중요하다.

다수의 상이한 매개변수, 예를 들면 공급되는 물의 양, 부재의 온도, 및 굽기 절차의 스티밍 단계(steaming stage)의 지속은 개구의 크기에 영향을 미친다.

개구의 직경이 유리하게는 2 내지 15 mm의 범위에 있는 것을 테스트가 보여주었다.

바람직하게는, 개구는 원형이다. 그러나, 다른 형상, 예를 들면 직사각형, 타원형, 및 심지어 세장형 형상들이 당연히 가능하다.

증기 발생 모듈이 열기 상태에 있을 때 모듈(16)의 위치는 상기 모듈(16)을 수직인 열기 흐름(10)이 통과하는 것을 가능하게 하고, 상기 수직인 열기 흐름은 부분적으로 상기 모듈을 통하여, 즉 상기 증기 발생 부재들 사이로 흐름으로써 모듈을 통과한다(도 6 참조).

오븐이 증기 발생 상태에 있을 때 물은 증기 발생 모듈의 증기 모듈 부재에 공급된다. 물은 바람직하게는 열기 채널에 배열되는 노즐(도시안됨)을 통해 공급되는 것이 바람직하다.

굽기 절차에서 초기에 오븐 내로 증기를 제공하는 것이 통상적이다.

증기 발생 모듈은 이어서 증기 발생 부재들의 표면이 대체적으로 수평 위치에 있도록 모듈이 배열되는 증기 발생 상태에 있다. 이에 의해 대 표면적, 증기 발생 부재들의 영역이 얻어지며 이는 물로의 열 전달을 최대화하고 공급된 물 모두의 완전한 증발을 하기 위해 중요하다.

증기 발생 상태가 종료될 때 증기 발생 모듈은 이의 종방향 축을 중심으로 90°회전되어 상기 모듈을 수직인 열기 흐름이 용이하게 통과하는 것을 가능하게 하도록 모듈의 표면적을 감소시킨다. 상기 수직인 열기 유동은 부분적으로 상기 모듈을 통하여 즉, 상기 증기 발생 부재들 사이로 흐름으로써 및 부분적으로 상기 모듈의 양측을 통과함으로써 상기 모듈을 통과한다.

수직 열기를 최적화하도록 부재의 각진 측 표면들은 열기 흐름을 불필요하게 방해하지 않도록 주 표면에 대해 너무 기울어지지 않아야 한다.

이에 따라, 증기 발생 상태가 종료될 때 모듈은 회전되고 이어서 열기 팬이 시동되고 굽기 절차가 계속된다.

도 2는 각각 주 표면(22)을 가지는 증기 모듈 부재(20)가 제공된 증기 발생 모듈(16)의 횡단면도이다.

도 3은 종방향 축(18)을 따르는 증기 발생 모듈(16)의 횡단면도이다. 도 2의 도면은 A-A를 따른다.

도 4는 개구(28)를 예시하는 증기 발생 부재의 위로부터의 도면이다.

도 5 및 도 6은 두 개의 상이한 상태의 모듈을 예시한다. 도 6에 예시된 열기 상태에서 열기 흐름이 화살표에 의해 도시된다.

도 9에서 증기 발생 모듈의 상이한 도면들이 도시된다. 모듈의 상부 우측도의 라인 B-B를 따른 횡단면도가 좌측에 도시된다. 상부 우측도는 모듈의 측면도를 도시하고, 하부 우측도는 모듈의 위로부터의 도면을 도시한다.

본 고안의 유리한 실시예가 지금부터 이제 도 10 내지 도 14를 참조하여 추가로 논의될 것이다. 이러한 도면은 증기 발생 부재들(20)의 상이한 표면 구조를 도시한다.

상기 실시예는 특히 서로로부터 미리결정된 거리에 서로 위에 평행하게 배열되는 증기 발생 부재들에 관한 것이고, 상세하게는 두 개의 표면 레벨, 상부 표면 레벨(30), 및 제1 하부 표면 레벨(32)으로 구성되는 증기 발생 부재들(20)의 주 표면에 관한 것이다. 도 1O 내지 도 12는 상이한 실시예에 따라 증기 발생 부재의 횡단면도를 도시한다.

증기 발생 부재들의 주 표면의 구조와 관련된 상이한 실시예가 위에서 설명된 실시예들 중 어느 하나와 조합될 수 있다.

주 표면의 두 개 또는 세 개 이상의 표면 레벨을 제공함으로써, 개선된 증발 공정이 달성된다.

이에 따라, 물이 주 표면에 공급될 때, 즉각적인 증발은 물 아래의 기포가 형성된다는 점에서 상부 표면 레벨 상에 초래한다. 이는 물을 표면으로부터 멀리 상방으로 강제할 것이다. 하부 표면 레벨(들)은 또한 물을 가열할 것이고 물을 상승시키기 위해 요구되는 가스 압력이 증가되고 증발 속도가 증가된다.

상이한 표면 레벨은 증발된 가스가 누출될 수 있어 가스가 포획되지 않는 주 표면 상에 채널 또는 만입부를 제공함으로써 구성된다. 이는 물을 표면 위로 유지하기에 에너지가 충분하지 않을 때까지 계속된 증발을 강제할 것이다. 물은 표면이 압력, 온도 및 습도에 종속하는 주변과 평형 상태에 도달할 때까지 증발할 것이다.

주요 사상은 증발 공정을 개선하도록 상이한 표면 레벨을 제공하는 것이다. 이는 다수의 상이한 방식들로 달성될 수 있으며, 아래에서 일부 예들이 예시되며, 이 예들은 첨부된 청구항들에 의해 규정되는 보호의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

대체적으로, 제1 하부 표면은 주 표면에 형성된 채널 그리드의 채널들(34)에 의해 규정되고, 제1 하부 표면 레벨(32)은 상기 채널들(34)의 저부에 의해 규정된다. 도 10 내지 도 12 참조.

유리하게는, 도 13 및 도 14에 의해 예시되는, 채널들(34)은 서로 실질적으로 수직하다.

도 10에 의해 예시된 예에서, 상부 표면 레벨(30)은 채널 그리드에 의해 형성된 입방체의 상부 표면들(36)에 의해 규정된다. 이러한 실시예는 또한 도 13에서 평면도로 예시된다. 상부 표면의 정사각형의 측면은 대략 0.5 내지 2.5 mm의 범위 내에 있다.

도 11에 의해 예시된 예에서 상부 표면 레벨은 채널 그리드에 의해 형성된 절두형 피라미드들(truncated pyramids)의 상부 표면(38)에 의해 규정된다.

도 12에 의해 예시된 예에서 상부 표면 레벨은 채널 그리드에 의해 형성된 상부 표면 원형 표면(40)에 의해 형성된다. 이러한 실시예는 또한 도 14에서 평면도로 예시된다.

구조물은 또한 하부 표면 레벨(32)이 주 표면 내의 만입부에 의해 구성된다는 것이 설명될 수 있다.

여기서 설명된 모든 상이한 구조물에 대해, 상부 표면 레벨(30)은 영역 A를 가지며 제1 하부 표면 레벨(32)은 영역 B를 갖는다. 관계 A/B는 주 표면의 특성을 형성하기 위해 사용될 수 있다.

상이한 테스트는 A와 B 사이의 관계가 0.5 보다 작을 때 유리한 결과가 달성되는 것을 보여준다.

도 13에 예시된 실시예에서, A/B는 대략 0.25이고 이는 유리한 증발 공정을 초래하는 것으로 증명된다.

상부 표면 레벨(30)과 제1 하부 표면 레벨(32) 사이의 거리(d₁)는 증기 모듈 부재의 두께의 대략 0.3 내지 0.7이다. 거리(d₁)는 도 10 내지 도 12에 표시된다.

상부 표면 레벨(30)과 제1 하부 표면 레벨(32) 사이의 거리는 대략 4 내지 8 mm인 증기 발생 부재의 전체 두께에 종속하여, 0.5 내지 3.0 mm의 범위 내에 있다(상기 참조).

도 15 내지 도 16은 본 고안의 추가 실시예에 따라 증기 모듈 부재의 평면도를 도시한다.

도 15는 예를 들면 크롬강으로 제조되고 16 mm의 측면을 가지는 정사각형 관통 개구들(28)을 구비한 증기 모듈 부재(20)의 평면도를 도시한다. 이러한 도면의 상부에는 또한 증기 모듈 부재(20)의 횡단면도를 예시한다.

도 16은 10 mm의 측면을 가지는 정사각형 관통 개구들(28)을 구비한 크롬강으로 제조된 증기 모듈 부재(20)의 평면도를 도시한다.

또한 개구의 원형, 타원형, 또는 다른 형상은 청구항들에 의해 규정된 바와 같은 본 고안의 범위 내에서 가능하다.

관통 개구들은 미리결정된 패턴으로 증기 모듈 부재 상에 분포된다: 개구는 바람직하게는 균등하게 분포된다. 개구의 개수는 바람직하게는 25 내지 100개의 사이에 있다.

둘다 예시된 실시예에서, 개구(28)는 부재의 측면에 관련하여 대략 30 내지 60도, 예를 들면 45도의 각도(v)로 라인들을 따라 정렬된다(하나의 라인이 도면에서 점선으로 표시된다).

도 17 내지 도 19는 본 고안의 또 다른 실시예에 따라 각각 증기 모듈 부재의 사시도, 횡단면도 및 평면도를 도시한다.

이러한 실시예에서, 증기 모듈 부재(20)에는 부재의 종방향 축을 따르는 주 표면에 채널(만입부)(34)이 제공된다.

도 18은 도 19에서 라인 A-A를 따른 횡단면도를 예시한다.

대체적으로, 채널들(34)은 상부 표면 레벨(30)에 의해 규정되고 제1 하부 표면 레벨(32)은 채널들(34)의 저부에 의해 규정된다. 이러한 실시예에서, 다수의 관통 개구들(28)이 제공되며, 도면에서 4개의 개구가 예시된다. 다수의 관통 개구들은 세장형 형상, 예를 들면 직사각형 형상을 가지며, 증기 발생 부재의 종방향 대칭 라인을 따라 배열된다.

본 고안의 이해를 추가로 개선하도록, 레이덴프로스트 효과와 관련된 부가 정보가 아래 주어진다.

레이덴프로스트 효과는 액체의 끓는 점보다 상당히 더 뜨거운 매스(mass)와 거의 접촉하는 액체가 상기 액체가 급속히 끓는 것을 방지하는 절연 증기 층을 생성하는 현상이다. 이는 조리할 때 가장 통상적으로 보여지며; 사람이 그 온도를 측정하기 위하여 팬에 물 방울을 뿌리며-팬의 온도가 레이덴프로스트 포인트이거나 그 위인 경우, 물이 금속을 가로질러 미끄러지고 끓는 온도 위지만 레이덴프로스트 포인트의 온도 아래인 팬에서 일어날 것보다 증발하기에 더 오래 걸린다. 이 효과는 또한 플로어를 가로질러 미끄러지는 액체 질소의 능력을 담당한다. 또한 용융된 납에 젖은 손가락을 담그거나 한 모금 정도의 액체 질소의 취입하는 것과 같은 소정의 잠재적으로 위험한 실연에서 사용되고 있으며 이는 둘다 실연자에게 부상 없이 일어난다. 후자, 특히 사람이 액체 질소를 우연히 삼키는 경우, 잠재적으로 치명적이다.

상기 효과는 팬이 가열될 때 물 방울이 팬 상에 여러 번 뿌려질 때 보여질 수 있다. 초기에, 팬의 온도가 100℃ 보다 작을 때, 물이 단지 넓게 퍼져서 느리게 증발한다. 팬의 온도가 100℃를 초과하여 팬과 접촉할 때, 물 방울이 쉬익하는 소리를 내면서 신속하게 증발한다. 나중에, 온도가 레이덴프로스트 포인트를 초과함에 따라, 레이덴프로스트 효과가 작용하기 시작한다. 팬과 접촉하자마자, 물 방울은 작은 볼(ball)의 물로 나누어지고 주위로 미끄러져, 팬의 온도가 낮아졌을 때보다 더 오래 지속된다. 이러한 효과는 매우 더 높은 온도가 어떠한 추가의 물 방울도 너무 신속하게 증발하여 이러한 효과를 유발할 수 없을 때까지 작용한다.

이는 레이덴프로스트 포인트 초과의 온도에서 물 방울의 저부 부분이 열판(hot plate)과 접촉하자마자 즉시 증발하기 때문이다. 결과적인 가스가 물방울의 나머지를 열판 바로 위로 부유하여, 액체 물과 고온판 사이의 어떠한 추가의 직접적인 접촉을 방지한다. 증기가 매우 저급한 열 전도도를 가질 때, 팬과 소적(droplet) 사이의 추가 열 전달이 상당히 느려진다. 이는 또한 물 방울이 그 바로 아래 가스의 층 상의 팬 주위로 미끄러질 수 있는 것을 초래한다. 결과적인 가스는 표면 특성의 결과로서 형성되는 가스 압력을 통해 거품을 유지한다. 이는 상방으로 이동하는 액체 거품의 경우이다. 본 고안에 따라, 표면이 이렇게 배열되어 수포가 가열될 때 가스가 아래에 형성되고 수포가 이동할 때 불균일한 표면이 액체를 추가로 증발하도록 강제하자 마자 수포가 상방으로 이동하기 시작할 것이다. 증기 모듈 부재가 냉각될 때, 액체가 끓는 대신, 부재는 아래의 인접한 부재 아래 구멍을 통해 이동하기 전에 액체를 예열할 것이다.

레이덴프로스트 효과가 일어나기 시작할 때의 온도는 예측하기가 쉽지 않다. 액체의 방울의 용적이 동일하게 유지되는 경우조차, 표면의 특성에 대한 복잡한 종속성뿐만 아니라 액체의 임의의 불순물에 의해, 레이덴프로스트 포인트가 매우 상이할 수 있다. 일부 연구는 시스템의 이론적 모델로 처리되지만 이는 매우 복잡하다. 매우 개략적인 평가로서, 프라잉 팬 상의 물 방울에 대한 레이덴프로스트 포인트는 193℃에서 발생할 수 있다.

본 고안은 상술된 바람직한 실시예로 제한되지 않는다. 다양한 변형예, 수정예 및 균등예가 사용될 수 있다. 따라서, 상기 실시예들은 첨부하는 청구항들에 의해 형성되는 본 고안의 범위를 제한하는 것으로서 받아들여 지지 않아야 한다.

Claims (20)

1. 오븐(2) 내의 증기 발생 시스템으로서,
   상기 오븐(2)은 오븐 챔버(6)를 둘러싸는 외부 하우징(4), 열기(10)가 흐르기 시작하는 열기 채널(8), 상기 오븐 챔버(6)의 벽에 있는 일련의 개구 형태의 열기 입구로서 이를 통해 열기가 상기 오븐 챔버(6) 안으로 취입되는 열기 입구, 배기 출구로서 이를 통해 상기 오븐 챔버(6)로부터 열기가 제거되는 배기 출구, 및 도어를 포함하며,
   상기 증기 발생 시스템은,
   제어 신호(14)를 생성함으로써 굽기 또는 조리 절차를 제어하도록 구성되는 제어 유닛(12),
   상기 열기 채널(8) 내에 수평으로 배열되는 적어도 하나의 세장형(elongated) 증기 발생 모듈(16)로서, 상기 증기 발생 모듈(16)은 종방향 축(18)을 중심으로 회전가능하고 상기 증기 발생 모듈(16)은 미리 결정된 개수의 증기 모듈 부재(20)를 포함하며, 각각의 증기 모듈 부재(20)는 세장형이고 각각의 증기 모듈 부재(20)는 대체적으로 평평한 연장부를 구비한 하나의 주 표면(22)을 포함하며, 상기 증기 발생 부재(20)는 서로간의 미리 결정된 거리에서 서로 위아래로 평행하게 배열되는, 적어도 하나의 세장형 증기 발생 모듈(16), 및
   상기 증기 발생 모듈에 연결되도록 배열되고 물을 상기 모듈에 공급하도록 구성되는 적어도 하나의 물 공급 부재(23)를 포함하며,
   상기 증기 발생 모듈(16)은 두 개의 상태:
   - 증기 발생 상태로서, 상기 상태의 적어도 일 부분 동안, 물이 상기 모듈에 공급되고, 상기 상태 동안 상기 부재(20)의 주 표면(22)이 실질적으로 수평 위치에 있어 물이 증발하는 것을 허용하는, 증기 발생 상태와,
   - 상기 부재(20)의 주 표면(22)이 실질적으로 수직 위치에 있어 열기가 상기 모듈(16)을 통과하는 것을 허용하는 열기 상태
   에 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
   오븐 내의 증기 발생 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 증기 발생 모듈(16)은 상기 증기 발생 상태와 상기 열기 상태 사이에서 이동할 때, 상기 제어 유닛(12)에 의해 생성된 제어 신호(14)에 종속하여 상기 증기 발생 모듈의 종방향 축을 중심으로 90° 회전되도록 구성되는,
   오븐 내의 증기 발생 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 시스템은 상기 모듈이 상기 증기 발생 상태가 되기 전에 상기 증기 발생 모듈(16)을 가열하도록 구성되고, 상기 모듈은 물이 상기 모듈에 공급될 때 레이덴프로스트 효과(Leidenfrost effect)가 일어나는 온도로 가열되는,
   오븐 내의 증기 발생 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 증기 모듈 부재(20)는 하나의 주 표면(22) 및 두 개의 측 표면(24)을 포함하고, 각각의 측 표면(24)은 상기 주 표면의 장변(long side)을 따라 배열되고, 상기 증기 모듈 부재(20)가 넓은 컵-형상을 나타내도록 각각의 측 표면은 주 표면에 대해 기울어져 있는,
   오븐 내의 증기 발생 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,
   각각의 측 표면(24)은 상기 주 표면(22)에 대해 미리 결정된 제1 각도(vl)로 기울어져 있고, 상기 미리 결정된 제1 각도(vl)는 5° 내지 15° 또는 10° 내지 15°의 범위에 있는,
   오븐 내의 증기 발생 시스템.
6. 제 5 항에 있어서,
   각각의 제1 측 표면(24)을 따라 각각의 제1 측 표면(24)의 외측에 제2 측 표면(26)이 배치되고, 상기 제2 측 표면(26)은 미리 결정된 제2 각도(v2)로 상기 주 표면(22)에 대해 기울어져 있는,
   오븐 내의 증기 발생 시스템.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 증기 모듈 부재(20)에는 관통 개구(28)가 구비되는,
   오븐 내의 증기 발생 시스템.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 관통 개구(28)는 직사각형 또는 정사각형 형상을 갖는,
   오븐 내의 증기 발생 시스템.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 열기 상태에 있을 때 상기 모듈(16)의 위치는 수직인 열기 흐름(10)이 상기 모듈(16)을 통과할 수 있도록 하고, 상기 수직인 열기 흐름은 상기 모듈을 통하여 즉, 상기 증기 발생 부재 사이로 부분적으로 흐름으로써 상기 모듈(16)을 통과하는,
   오븐 내의 증기 발생 시스템.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 표면은 적어도 두 개의 표면 레벨, 상부 표면 레벨(30), 및 제1 하부 표면 레벨(32)로 이루어지는,
    오븐 내의 증기 발생 시스템.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 하부 표면은 상기 주 표면에 형성되는 채널(34)에 의해 규정되거나, 또는 상기 주 표면에 형성되는 채널 그리드의 채널(34)에 의해 규정되고, 상기 제1 하부 표면 레벨(32)은 상기 채널(34)의 저부에 의해 규정되는,
    오븐 내의 증기 발생 시스템.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 채널은 상기 증기 발생 부재(20)의 종방향 축을 따라 이어지는,
    오븐 내의 증기 발생 시스템.
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 채널 그리드 내의 상기 채널(34)은 서로 실질적으로 수직인,
    오븐 내의 증기 발생 시스템.
14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 상부 표면 레벨(30)은 상기 채널 그리드에 의해 형성된 입방체의 상부 표면(36)에 의해 규정되는,
    오븐 내의 증기 발생 시스템.
15. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 상부 표면 레벨은 상기 채널 그리드에 의해 형성된 절두형 피라미드(truncated pyramids)의 상부 표면(38)에 의해 규정되는,
    오븐 내의 증기 발생 시스템.
16. 제 6 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 제2 각도(v2)는 상기 미리 결정된 제1 각도(v1)보다 더 큰,
    오븐 내의 증기 발생 시스템.
    
17. 제 6 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 제2 각도(v2)는 20° 초과 또는 30° 초과인,
    오븐 내의 증기 발생 시스템.
18. 제 7 항에 있어서,
    상기 관통 개구(28)는 상기 부재(20)의 주 표면(22)을 따라 등간격으로 분포되는,
    오븐 내의 증기 발생 시스템.
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