CN1167935C - 热交换器、炊事设备和加热烹饪食品用的烹饪介质的方法 - Google Patents

Abstract

一种热交换器(10)，用于烹饪，它包含：一个壳(12)，一个位于所述壳(12)内在热交换过程中供烹饪介质穿过所述壳(12)的烹饪介质室(14)和一个热交换元件(16)。所述热交换元件(16)用于限定一个供烹饪介质在热交换过程中穿过烹饪介质室(14)之用的一般为螺旋形的通道。还公开了炊事设备(100)和包括所述热交换器(10、22)在内的炊事设备(100)的操作方法。

Description

热交换器、炊事设备和加热烹饪食品用的烹饪介质的方法

技术领域

本发明涉及适合于对炊事设备中的烹饪介质加热的热交换器，并且还涉及包含此种热交换器的炊事设备和对含此种热交换器的炊事设备中的烹饪介质加热的方法。

背景技术

本申请人在申请号为WO 93/24040的国际专利申请中说明了一种进行喷煎的炊事设备。这就是说，食品用加热的烹饪介质流特别是油或融化的脂肪这种热敏材料流进行喷射的办法来烹饪。所述烹饪介质由一个位于管道网络内的流体加热器加温，所述管道网络与带喷射器的烹饪介质缓冲储存器或储存箱相联通。加温在基本上没有空气的情况下进行，热交换器的“管状”性质使混合有效并比过去使用的热交换器加温更均匀。

从现有技术中，例如，从英国专利621821号和欧洲专利168359号中就可以了解到一种其烹饪介质为位于其中或距其足够近的加热元件加热以保证在一个叫做汽锅的槽或箱式容器内在有氧化气体即空气的情况下加温的喷炸设备。本申请人已经发现这样一种加热机理不适合热敏可氧化烹饪介质，撇开氧化问题不说，它对加热过程也不易有效控制，由于此种加热系统而加热过度和烹饪油消耗过多的情况也已得到证明。可是此种系统(它包括大槽喷射器因而广泛使用于快餐业)实际上广为使用。

这种热交换器与本申请人的国际专利申请WO 93/24040号内使用的热交换器相比，后者加热是在流体加热器内进行的，混合良好，基本没有空气，具有生产的食品质量好而且耗油少的优点。

按照下面的说明可以了解某些其它种类的热交换器。

WO 86/05578是一种使用汽车发动机冷却系统的热对水或其同类的其它东西加热的热交换器。在设计上，这种热交换器流体的量较少，温度较低，可能适于作淋浴的热水源。

WO 88/01362是一种具有多个螺旋形管道组，每个管道组包含10根管子并自由地置于螺旋形配置的支臂上的逆流热交换器。

这两种热交换器都不涉及炊事设备中的烹饪介质的加热，即一种把烹饪介质加热到150℃的温度，更经常的是在180到210℃之间的温度的加热过程。这两个文件也没有提到烹饪介质加热中遇到的特殊问题。

发明内容

本发明的目的是为炊事设备提供改进的热交换器、提供包含此种热交换器的炊事设备和此种炊事设备内烹饪介质加热的方法。

另一目的是给烹饪介质特别是热敏烹饪介质(例如油和脂肪)提供比烹饪业目前可能使用的热交换器更能有效地控制加热过程的传热设备。

为实现本发明的目的，本发明提供了一种热交换器，用于加热烹饪介质，它包含以下部件：一个壳；一个位于由对所述烹饪介质具有惰性的材料制成的所述壳之内供烹饪介质通过的烹饪介质室；一个热交换元件，制成线圈并且其外表面是用对烹饪介质不活泼的材料制成的，用以限定出一个螺旋形的通道，供烹饪介质在热交换过程中流经烹饪介质室，其特征是所述热交换元件制成双螺旋形电元件。

双螺旋形的热交换元件或线圈，置于烹饪介质室内，使得它与所述壳的内壁之间有一不大的间隙而限定烹饪介质穿过烹饪介质室的道路为一般说是螺旋形的通道。这里使用的术语“螺旋形通道”包含迂回曲折、缠绕之类的流体通道的意思，可让混合得很好的烹饪介质与热交换元件紧密接触。这样，就可在不大的容积内取得高效热传输区，从而在不产生主要空间限制的情况下实现对热交换过程更有效的控制。

加热元件可以是电阻型的，但是，对于迫使烹饪介质穿过精心限定的迂回曲折的螺旋形通道来说热交换元件的性质不如其形状重要。加热可以用燃气或热油。

所述加热元件可用要求的功率水平的脉冲电流供能，其脉冲宽度，特别是在使用了电元件的情况下，由监视热交换作业的控制装置调节。这样做降低烹饪介质质量的危险较小。这种方式对热敏烹饪介质加热可能效率更高。

脉冲频率可以很方便地选择，使得热交换元件的热惯性对脉冲进行调整。也就是说，在一定的功率水平上热交换元件的热交换表面上的功率密度不会波动而会基本保持恒值。

按照本发明的第二方面，提供了一种炊事设备，包括一个壳和一个烹饪区，所述烹饪区供有烹饪介质，此烹饪介质由至少包括一个热交换器的热交换装置加热到要求的烹饪温度，所述的热交换器用于加热烹饪介质，和包含以下部件：一个壳；一个位于由对所述烹饪介质具有惰性的材料制成的所述壳之内供烹饪介质通过的烹饪介质室；一个热交换元件，制成线圈并且其外表面是用对烹饪介质不活泼的材料制成的，用以限定出一个螺旋形的通道，供烹饪介质在热交换过程中流经烹饪介质室，其特征是所述热交换元件制成双螺旋形电元件。

此种热交换器可以用于本申请人研制的许多喷射炊事设备。特别是可以用于专利申请号为WO 93/24040的喷射炸锅或者用于更适合家用或零售食品输出安排的装置。

这种热交换器也可以用于其它种类的炊事设备，例如大槽锅和压力锅。所述锅可以是多区型的。烹饪介质可以很方便地用由多个上述那种热交换器组合成的热交换装置加热。各个热交换器可以使用相同的或不同的最大输出功率。这样，对于某一设定的烹饪介质温度，每个热交换器的热输出就可以减少，该温度有利于把烹饪介质的质量保持于可接受的水平的，特别当所述烹饪介质是热敏油或脂肪时。

在本发明的第三优选实施例中，提供了一种加热烹饪食品用的烹饪介质的方法，包含：把烹饪介质引入一个热交换器的烹饪介质室；使所述烹饪介质在位于所述烹饪介质室之内由热交换元件线圈形成的螺旋形的通道内流动；用热交换元件线圈把烹饪介质加热到要求的烹饪温度，其中，所述的热交换器用于加热烹饪介质，和包含以下部件：一个壳；一个位于由对所述烹饪介质具有惰性的材料制成的所述壳之内供烹饪介质通过的烹饪介质室；一个热交换元件，制成线圈并且其外表面是用对烹饪介质不活泼的材料制成的，用以限定出一个螺旋形的通道，供烹饪介质在热交换过程中流经烹饪介质室，其特征是所述热交换元件制成双螺旋形电元件。

方便并且有利的是加热元件是以脉冲电流供能的，脉冲宽度以可控制的方式调节。此种脉冲宽度调制可以使热敏介质在没有降低质量的危险的情况下加热。

尽管设想的热交换过程经常为加热过程，让烹饪介质在喷到位于喷炸锅的烹饪室内的食品之前加热到某一烹饪温度，可是热交换器同样也可以用于对流体降温。

有利的是，在对喷炸设备的烹饪介质加热的情况下，热交换过程是在基本没有空气的条件下进行的，因为不这样，对烹饪介质和生产的食品可能产生有害影响。

热交换器、炊事设备和热交换器的操作方法比这里说明的现有技术的方法更能有效地对烹饪介质加热，特别是烹饪介质是热敏材料时，更是如此。

附图说明

参照附图阅读下述优选实施例的说明就会更充分地了解本发明，附图中：

图1是根据本发明的一个优选实施例的热交换器的部分剖去的透视图；

图2是根据图1所示的优选实施例的热交换器的侧断面图；

图3是在其中可能使用了本发明的热交换器的炊事设备的正视图(显示其内部)；

图4是根据图1-3所示的热交换器使用的热交换元件的侧视图；

图5是图1、2、和4的热交换元件的横断面图。

图6是显示图4根据本发明的热交换元件的脉冲宽度调节控制的图表；

图7是显示(a)功率水平为50％时图4和图5中热交换元件的供能，(b)所述元件的绝缘器内的功率密度，(c)热交换元件表面的功率密度等情况的图表。

具体实施方式

现在参看图1和图2，图中显示了一个热交换器10，它包括：一个基本为圆筒形的壳12；一个位于壳12内，用于在热交换过程中烹饪介质的通过的烹饪介质室14；和一个用来限定基本上成为螺旋形的液流通道供烹饪介质在热交换过程中穿过流体介质室14的的热交换元件16。各部件都要考虑到热交换器的运用，使用适合各自功能和环境的材料制造。因此，热交换器10的壳12可以用不锈钢或以对正在进行热交换的烹饪介质是惰性的某种材料制作。热交换元件16可以用诸如铬镍铁合金之类的镍合金制作。对于此类合金的进一步说明请参见诸如Perry等著的化学工程师手册。

在所说明的实施例中，热交换元件16制成螺旋形线圈即具有多匝线圈的螺旋管16a，置于烹饪介质室14内，因而烹饪介质通过热交换器10下部的入口20进入烹饪介质进口室21，正如所显示的那样是通过邻近流体进口室21的线圈16b之间的间隙形成的口而被引导流经基本是螺旋形的流体通道，这一通道具有与烹饪介质室14的容积相对说来可以提供更大的传热表面积的好处，并能保证流体搅合均匀及加热均匀。

简便地显示于图4内的热交换元件16制成双螺旋线圈形，因而可以在热交换器10的一端制成电接头。线圈各匝16a的间距17大小的选择是为了在热交换器10内取得理想的传热通道长度和烹饪介质流动通道的理想的横截面面积。这种间距的优选地选择为不小于，最好是大于加热元件16的管直径。间距可以是正的也可以是斜的，斜的可以在烹饪介质室14的一定长度内获得更大的热传导面积。

烹饪介质在传热通道的末端穿过邻近烹饪介质输出室70的两匝线圈16c之间的间隔形成的口，所述输出室70上的出口80让烹饪介质进到下游过程的装置，特别是炊事设备的烹饪区。出口80要置于室70和热交换器10的最高位置以使其内不聚集空气。可以考虑使用放气阀，但是，因为烹饪介质内溶解空气的量会随温度而变化，使用放气阀的办法可能是不可接受的，因为在热交换器内的空气分离和气穴的形成可能使气穴过热。为了获取这一流动通道，可以简便地把热交换元件16缠绕在位于热交换器10的壳12内的一个衬套40周围，该壳和衬套40限定室14。衬套40和壳12一起形成一个基本为圆筒形的结构，在壳的内壁12a和热交换元件16之间有足够的间隙供热交换元件滑入壳12内的所需位置，而又不足以损害理想的基本为螺旋形的流动通道。衬套40可以是金属的、陶瓷的或其它能耐热交换器10作为发热器运转时所产生高温的适当材料的。

衬套40在结构上是一金属筒而不是实心的，因为这样能为热交换器10提供由于金属体发热引起的过高的热惯性。衬套40有一个室41a，此室通过管41形式的通气装置跟热交换器10的外部相通从而让气体膨胀而没有危险。如果衬套40破裂、渗漏，可以观察到或探测出烹饪介质的渗漏。如果用水作烹饪介质，污染可能特别危险。

热交换元件16简便地设计为可从热交换器10的壳12内取出，这样在必要时可以擦拭、更换所述元件16和壳12。相应地可以为壳12配备一个带孔32而可固定一个板或法兰34的法兰30，可以用螺钉37、键或任何类似的装置与热交换元件16联接。法兰34这一结构虽然具有简单、易于安装、拆卸及进行擦拭、更换作业的优点，可是也不是达此目的的唯一手段。

在这方面，热交换元件16作下述设计也是理想的，使得如果热交换器10是电热的，电的输入、输出端90位于热交换元件的安装法兰的一端即热交换器的10的同一端10a。这样做减少了操作者需要做的步骤，简化了热交换器的装配、拆卸。在这种情况下，热交换元件16采用双螺旋结构特别有利，尽管单螺旋也可使用。

在热交换器10是电热的情况下，热交换元件16有一个电传导元件16a，它常常是穿过整个螺旋机构的电阻丝16b。在电阻丝外面包有一层由诸如氧化镁之类的电绝缘而传热好的材料制成的绝缘层16c，在所示实施例里还有由铬镍铁合金之类镍合金组成的外壳16d。其横截面图显示于图5中。此材料一定要对烹饪介质没有任何明显反应。

虽然热交换线圈16可以是电热的、燃气加热的或其它型的，例如，线圈可以随热交换器设计不同而载有热流体，最好这时使用电阻型元件16，其中使电流通过适当长度的电阻材料产生的热足以为应用提供所需的热输入。

元件16的热输出受许多参数的影响，不可笼统确定，而要在具体的烹饪运用中考虑上述因素而选择，这些因素有烹饪设备的性质，烹饪介质的量，烹饪介质加热所要达到的温度。在本申请人开发的喷煎类烹饪法中，烹饪介质的这一温度常常是从180到210摄氏度，尽管烹饪介质的量，根据具体的烹饪运用的要求，在每秒几升和每秒几十甚至几百升之间。

热交换元件供热由根据烹饪运用编程的微信息处理控制器100控制。控制器100可以包括1997年9月2日申请的PO 8943《控制器》所说明的图形使用者界面，该文件的内容结合作为参考。在诸如喷煎之类的烹饪情况下，热交换元件16的热输出可以根据烹饪介质离开热交换器10的温度予以控制。这种温度用适当的温度传感器，最好是负温度系数热敏电阻型的温度传感器测定。热交换器16的控制也可以是在特定的时间长度内保持特定的热输出，为特定的食品或所有食品保持特定的热输出，或者是以时间为变数提供特定的输出温度。也可以用其它的控制程序。

要加温或降温的烹饪介质通过线形或设计的其它形状的把输送系统与热交换器10联接起来的入口20进入热交换器10的壳12。理想的是可以采用挠性或快速联接器。在使用喷煎法的情况下，常常把入口20跟热交换器10与储油箱联通起来的管道联接在一起，烹饪介质在适当功率的泵的作用下输送到热交换器。最好是使用离心泵。

在对烹饪介质加热的情况下，烹饪介质在进入热交换器10的烹饪介质室14之前最好进行过滤以防食品微粒在热交换元件16上沉积并燃烧。在要加热的流体有固体微粒存在的其它领域可能也要这样做。应该防止这种微粒的沉积。

如上所述，使用电的热交换元件16是方便的，因此需要电源。电源可以是交流的或者直流的，如果需要还要使用整流器，使用热交换器10的装置中的热交换元件16以及其它电驱动的零件适合于以电业界已知的方法通过一个固态继电器可控制地联接于电源。电源线应适当地绝缘，以减少电气方面的危险。

热交换器10最好在任选控制时间的脉冲电流条件下操作以避免由于交流电源的频率而有损加热。本申请人已经发现两秒控制时间合适，如图6所示热交换元件在接通电源的情况下，热交换器10的功率比例根据控制时间的百分率予以控制。采用该控制时间就不会由于功率摆动而产生有害的冷却效应，而且输入功率可以根据电流和电压的均方根计算。相应地，可以选择除了热输出为零之外的四种输出功率水平，尽管这种水平及数目并不重要，例如，满功率的25％、满功率的50％、满功率的75％和满功率，间隔分别为0.5、1.0、1.5和2.0秒。输出功率水平可以在0和100％之间不断变化。在一个极端情况下，0-100％的间隔，与8位数字格式相应，分为256个相等的间距，以便连续调整。这些时值可以根据烹饪介质的性质变化而确定。这就是说烹饪介质，在本身热更敏感时或者由于所烹制的食品(例如鱼)的性质，可能降低其质量时，可以用对其质量损害较小的方式加热。

对脉冲宽度调节控制的目的是把输出功率和跟烹饪介质接触的热交换表面(即线圈16a的外表面)的温度保持在热会严重降低流体质量的温度之下的某一温度。因此，使用脉冲宽度调节对于尽量减少热对烹饪介质质量的损害是非常重要的。

因此在使用多个流体加热器的情况下，理想的控制形式是使通过各个热交换元件的输出功率基本相同的那种形式。这样，因为各个热交换元件的热特性是根据上面的原则选择的，所以各个热交换器10的各个热交换元件表面的功率密度就都是相等的。从而，在25％系统功率输出的情况下，热交换元件16表面功率密度仅为最大功率的25％，在烹制过程中大多不会达到最大值。对油烹饪介质来说还要低一些。因此，功率密度可以保持在热交换表面的温度低于流体的质量严重受损的温度，在这种功率密度水平上流体加热缓和而有效。在烹制过程中，除了烹制前的加热时间外，功率密度实际上可能达不到100％。

本发明的热交换器10无需单独使用，它可以成为用于特定过程特别是商业使用或工业使用炸(煎)锅的流体加热或降温的多个热交换器组成的组件的一部分。理想的是每个组件可以使用三个热交换器，每个组件都通过固态继电器联接于三相交流电源以使各相负荷平衡。使用此种组件可以使对传热过程的控制更为有效，而且这种组件还可以作为单独的部件出售。对于容量更大的商业用或工业用组件可以成组地安排并控制，可开关各组元件以模仿上面所说明的比例控制。例如，在25％的输入功率时打开(譬如)四分之一的加热元件；在50％的输入功率时打开二分之一，等等。对每个加热元件都可以经常在低于最大输出功率的水平上供能。

相应地，热交换器10成为组件的一部分时，出口80适于用螺纹或其它方法联接于另一热交换器。如果要求的话，可以安装一根管子简单地把已加热的流体从组件的一个热交换器送到组件中的下一个热交换器。然而，如果一个组件内有两个以上的热交换器，有可能把已加热的烹饪介质从组件内的一个热交换器部分地或完全地输送到另一热交换器。组成组件的各个热交换器可以串联或并联。

热交换器10的设计可以包含安全装置。因此，例如，已经读出的离开热交换器10的烹饪介质温度高于一定的值或者加热速度或某种这样的参数超出了允许的限度(这可能表示出了诸如不向热交换器10泵送流体之类的故障)，可以用一种使使用所述热交换器10的设备安全的有利方式关闭热交换器。

本发明的热交换器10可以上述方式实现烹饪介质内温度分布更均匀，并通过基本防止局部过热而防止在加热作业情况下油、脂肪或其它热敏烹饪介质的质量下降。在这方面，要注意在槽或箱式加热器或锅内以例如Critall的英国专利621821号中所说的那种加热对烹饪介质加热时出现的特殊问题。

在热交换器10是冷却器的情况下，热交换元件16设计为可让冷却液流过以便吸收流经流体室14的流体的热量。热交换元件16可以设计为具有加热和冷却两种能力。

现在参看图3，热交换器10可以用作国际专利申请WO 93/24040号的喷射烹饪设备100内的热交换器22，该文件的内容作为本发明的参考文件。诸如油之类的烹饪介质循环经过流体加热器22加热，然后经过位于烹饪室14顶部的喷射器60喷射到食品上，食品在输送器90上输送。喷射器可以位于输送器之下。件22最好是包含若干个热交换器10的加热器组件，每个加热器都是这里所说明的这种热交换器10。这种热交换器可以叫做流动加热器。

使用各由3个热交换器10组成的两个都有10千瓦功率的这样的组件，一个供顶喷，另一个供底喷，因而温度可以独立调整，这样做是有利的。在非常少的情况下，特殊烹饪过程可能需要不同功率的组件。

热交换器10也可以用于其它种类的炊事设备，例如：大锅喷射器、多区喷射和可以用于烹制各种食品的大锅喷射器。这些炊事设备可以用于炸低脂肪面团制品，例如1997年11月21日申请的澳大利亚临时专利申请PP0482号《面团制品烹饪器》所述的炸面饼圈，该文件的内容列入作为本发明的参考。

阅读本说明书的专业技术人员可对本发明的热交换器作出各种改型或变型。这种改型和变型均属于本发明的范围。

Claims (19)

1.一种热交换器，用于加热烹饪介质，它包含以下部件：一个壳；一个位于由对所述烹饪介质具有惰性的材料制成的所述壳之内供烹饪介质通过的烹饪介质室；一个热交换元件，制成线圈并且其外表面是用对烹饪介质不活泼的材料制成的，用以限定出一个螺旋形的通道，供烹饪介质在热交换过程中流经烹饪介质室，其特征是所述热交换元件制成双螺旋形电元件。

2.按照权利要求1的热交换器，其特征在于所述的热交换元件用脉冲电流供能。

3.按照权利要求1的热交换器，其特征是所述线圈围绕于一个衬套周围，该衬套与所述壳一起限定烹饪介质室，所述衬套有一个带排气装置的室可适应所述室内的气体膨胀。

4.按照权利要求2或3的热交换器，其特征是所述热交换元件的热惯性对脉冲频率进行调整，所述频率选定使得在给定输入功率情况下热交换元件表面有基本稳定的热输出。

5.一种炊事设备，包括一个壳和一个烹饪区，所述烹饪区供有烹饪介质，此烹饪介质由至少包括一个热交换器的热交换装置加热到要求的烹饪温度，所述的热交换器用于加热烹饪介质，和包含以下部件：一个壳；一个位于由对所述烹饪介质具有惰性的材料制成的所述壳之内供烹饪介质通过的烹饪介质室；一个热交换元件，制成线圈并且其外表面是用对烹饪介质不活泼的材料制成的，用以限定出一个螺旋形的通道，供烹饪介质在热交换过程中流经烹饪介质室，其特征是所述热交换元件制成双螺旋形电元件。

6.按照权利要求5的炊事设备，其特征在于所述的热交换元件用脉冲电流供能。

7.按照权利要求5的炊事设备，其特征是所述线圈围绕于一个衬套周围，该衬套与所述壳一起限定烹饪介质室，所述衬套有一个带排气装置的室可适应所述室内的气体膨胀。

8.按照权利要求6或7的炊事设备，其特征是所述热交换元件的热惯性对脉冲频率进行调整，所述频率选定使得在给定输入功率情况下热交换元件表面有基本稳定的热输出。

9.按照权利要求5-7中任一项的炊事设备，其特征是所述热交换装置包含多个热交换器。

10.按照权利要求9的炊事设备，其特征是所述热交换器都具有相同的最大输出功率。

11.权利要求9或10的炊事设备，其特征是所述炊事设备是一种大锅或喷射油炸锅。

12.一种加热烹饪食品用的烹饪介质的方法，包含：把烹饪介质引入一个热交换器的烹饪介质室；使所述烹饪介质在位于所述烹饪介质室之内由热交换元件线圈形成的螺旋形的通道内流动；用热交换元件线圈把烹饪介质加热到要求的烹饪温度，其中，所述的热交换器用于加热烹饪介质，和包含以下部件：一个壳；一个位于由对所述烹饪介质具有惰性的材料制成的所述壳之内供烹饪介质通过的烹饪介质室；一个热交换元件，制成线圈并且其外表面是用对烹饪介质不活泼的材料制成的，用以限定出一个螺旋形的通道，供烹饪介质在热交换过程中流经烹饪介质室，其特征是所述热交换元件制成双螺旋形电元件。

13.按照权利要求12的方法，其特征在于所述的热交换元件用脉冲电流供能。

14.按照权利要求12的方法，其特征是所述线圈围绕于一个衬套周围，该衬套与所述壳一起限定烹饪介质室，所述衬套有一个带排气装置的室可适应所述室内的气体膨胀。

15.按照权利要求13或14的方法，其特征是所述热交换元件的热惯性对脉冲频率进行调整，所述频率选定使得在给定输入功率情况下热交换元件表面有基本稳定的热输出。

16.按照权利要求12-14中任一项的方法，其特征是所述烹饪介质的加热是在基本没有诸如空气之类的氧化气体的情况下进行的。

17.按照权利要求12的方法，其特征是以要求的功率水平和频率的脉冲电流向所述加热元件供能。

18.按照权利要求17的方法，其特征是所述的脉冲宽度由监视热交换器作业的控制装置调节。

19.按照权利要求18的方法，其特征是所述的脉冲宽度是根据烹饪介质或烹饪介质正在烹制的食品的性质控制的。

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