DE3410106A1

DE3410106A1 - Heiz- und/oder kocheinrichtung mit strahlungsenergie

Info

Publication number: DE3410106A1
Application number: DE19843410106
Authority: DE
Inventors: Jun John Davis Harnden; William Paul Kornrumpf
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1983-03-25
Filing date: 1984-03-20
Publication date: 1984-09-27
Also published as: GB8406803D0; GB2137060A; JPS59210228A; FR2543268A1

Description

Heiz- und/oder Kocheinrichtung mit Strahlungsenergie

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Heizen und/oder Kochen von Nahrungsmitteln und ähnliches und insbesondere auf eine Heiz- und/oder Kocheinrichtung für Strahlungsenergie mit verminderter Lichtleistung im sichtbaren Bereich.

Eine Kocheinrichtung für Nahrungsmittel mit kombinierter Energieleitung und Energiestrahlung ist bekannt, wobei eine Heizeinrichtung unter einer für Strahlung durchlässigen Deckplatte angeordnet ist. Beispielsweise verwendet die in Figur 1a gezeigte bekannte Kocheinrichtung einen wärmeisolierenden Block 2, der üblicherweise aus einem Keramikmaterial oder ähnlichem hergestellt ist und in den Kanäle 3 in einer Meanderform eingefügt sind, um eine Wärmeenergie erzeugende Heizspirale 4 aufzunehmen. Die Energie von der Heizspule 4 wird durch eine strahlungsdurchlässige Deckplatte 5 übertragen. Somit wird eine Speise erwärmende Energie einem nicht-gezeigten Kochtopf neben der äußeren Oberfläche 5a der Deckplatte durch eine Spule 4 zugeführt, die elektrischen Strom über eine Verbindung der Spulenenden 6 mit einer geeigneten Stromquelle aufnimmt. Eine andere Kocheinrichtung 8 verwendet ein einen dünnen Film oder eine dünne Folie aufweisendes Widerstandselement 9 unterhalb einer strahlungsdurchlässigen Deckplatte 5'. In einer ähnlichen Weise wie bei der Einrichtung 1 wird Heizenergie einer Speise, die oberhalb der äußeren Obrflache 5a¹ der Deckplatte angeordnet ist, durch die Verbindung der Heizelementleiter 6¹ mit der Stromquelle zugeführt.

E... a Heizquelle führt üblicherweise Energie bei sowohl infraroten als auch sichtbaren Wellenlängen zu. Bekannte Kocheinrichtungen arbeiteten bei relativ niedrigen Temperaturen, die üblicherweise nicht höher als 1400° Kelvin waren, da eine visuelle

Störung für den Benutzer der Kocheinheit während der Zubereitung von Speisen auftreten kann, wenn höhere Temperaturen verwendet werden. Wegen der verwendeten, relativ niedrigen Temperaturen wird Energie mit Wellenlängen im entfernten infraroten Bereich durch die Deckplatte 5 oder 5¹ absorbiert, damit die Deckplatte schnell sehr hohe Temperaturen erreicht. Bei solch niedrigen Temperaturen (beispielsweise 14OO°K) ist die spezifische Leistungsdichte M λ in der Heizspirale 4 oderirelativ klein, und beträchtliche Energie wird in dem entfernten Infrarotbereich, d. h. Strahlung mit einer größeren Wellenlänge als etwa 2,6 um, geliefert, um die Temperatur der Deckplatte weiter zu erhöhen. Die Deckplatte ist sehr empfindlich für Rißbildung oder Bruch aufgrund der extremen thermischen Schockwirkung, die auftritt, wenn beim Kochen etwas überkocht.

Es ist deshalb höchst erstrebenswert, eine mit Strahlungsenergie arbeitende Kocheinrichtung zu schaffen, die bei einer wesentlich höheren Temperatur arbeitet, damit ein höherer Prozentsatz an Energie beim Kochen in dem nahegelegenen Infrarotbereich geliefert wird, während die zusätzliche Energie im sichtbaren Bereich vermindert wird, die durch einen Betrieb bei einer höheren Temperatur erzeugt wird.

Erfindungsgemäß wird eine Strahlungsenergie-Heiz- und/oder Kocheinheit geschaffen, die enthält: Eine Hochtemperatur-Heizeinrichtung, wie beispielsweise eine Wolframwendel oder ähnliches, zum Liefern von Strahlung wenigstens im infraroten und sichtbaren Bereich in Richtung auf eine Oberfläche,an der die Infrarotstrahlung zum Kochen von Speisen geliefert werden soll, die an der Oberfläche angeordnet sind, und ferner Mittel, die zwischen der Heizenergie erzeugenden Einrichtung und der Oberfläche angeordnet sind zum Absorbieren von Strahlung mit einer Wellenlänge im sichtbaren Bereich.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Strahlungsenergie-Heiz- und/oder Kocheinheit gemäß der Erfindung ist die Heizein-

richtung ein Wolfram-Glühfadenrohr, das im wesentlichen im Brennpunkt einer Infrarot-Reflexionseinrichtung angeordnet ist. Die Energie im sichtbaren Bereich absorbierende Einrichtung ist vorzugsweise eine Schicht aus Eisenoxid. Die absorbierende Schicht kann um das Heizrohr herum oder über der öffnung des Infrarot-Reflektors angeordnet sein und sie fängt die sichtbare Strahlung ein, bevor die Strahlungsenergie die Deckplatte erreicht. Es können mehrere Heizrohr-Reflektor-Absorbereinheiten (oder spektrale Bandsperrfilter) in einem Feld unterhalb wenigstens einer Deckplatte angeordnet sein, um eine Gesamtfläche zu bilden, von der die die Speisen erwärmende Infrarotstrahlung emittiert wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird im wesentlichen darin gesehen, eine Strahlungsenergie-Heiz- und/oder Kocheinrichtung zu schaffen, in der der Anteil des sichtbaren Lichtes vermindert wird.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Figuren 1a und 1b sind perspektivische Ansichten von bekannten

Kocheinrichtungen.

Figur 2 ist eine perspektivische Ansicht von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Strahlungsenergie-Heiz- und/oder Kocheinrichtung gemäß der Erfindung.

Figur 2a ist eine graphische Darstellung zwischen der spezifischen Energiedichte und der Strahlungswellenlänge für verschiedene Temperaturen der Heizeinrichtung, wobei diese Darstellung zum Verständnis der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung nützlich ist.

Die in Figur 2 gezeigte, mit Strahlungsenergie arbeitende Heiz- und/oder Kocheinrichtung 10 verwendet eine Strahlungsenergiequelle 10, wie beispielsweise einen Wolframfaden oder ähnliches.

Der Faden ist vorzugsweise in einem Rohr 12 aus einem Material eingeschlossen/ das wenigstens für Infrarot-Wellenlängen in dem Bereich von etwa I₁Op bis etwa 3,0 lim im wesentlichen durchlässig ist. Vorzugsweise wird der Faden 11, der ein schraubenförmig gewickelter Glühfaden sein kann, der sich entlang der geraden Mittellinie des zylindrischen Rohres 12 erstreckt, bei einer Temperatur zwischen etwa 2000°K und etwa 300O⁰K, und vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 26OO°K, betrieben wird. Das Heizrohr ist durch nicht-gezeigte Mittel, die aber allgemein bekannt sind, so angebracht, daß der Faden 11 sich im wesentlichen im Brennpunkt eines Reflektors 14 befindet. Der Reflektor 14 dient dazu, wenigstens die infrarote Strahlungsenergie zu sammeln und auf einen offenen Bereich 14a des Kollektors zu richten. Eine Deckplatte 16 ist über der gesamten öffnung 14a des Reflektors angeordnet. Die Deckplatte kann aus irgendeinem Material hergestellt sein, das für Strahlung in dem nahegelegenen Infrarotspektrum im wesentlichen durchlässig ist; zu diesen Materialien gehören Gläser (beispielsweise Germaniumglas, chemisch behandeltes Plattenglas und ähnliches), Quarz und ähnliche Materialien. Somit wird nahezu die gesamte Strahlung, die durch den Faden 11 erzeugt wird, auf die Reflektoröffnung 14a und die darüber liegende Deckplatte 16 gerichtet. Diese Strahlungsenergie enthält die gewünschte im nahen Infrarotgebiet liegende Energie zum Kochen von Speisen und sie enthält auch unerwünschte Energie mit Wellenlängen im sichtbaren Bereich.

Gemäß der Erfindung ist eine sichtbares Licht filternde Einrichtung 18 zwischen der Strahlungsenergiequelle (Faden 11) und der äußeren Oberfläche 16a der Deckplatte angeordnet. Somit wird sichtbare Strahlungsenergie innerhalb der Einrichtung 10 im wesentlichen absorbiert und die Menge an Strahlung im sichtbaren Bereich, die auf den Benutzer der Kocheinheit trifft, wird gedämpft. Der Lichtabsorber 18 für Wellenlängen im sichtbaren Bereich kann eine ebene Schicht 18a sein, die zwischen der Reflektoröffnung 14a und der Deckplatte 16 angeordnet ist; vorteilhafterweise kann die ebene Schicht 18a auf der inneren Oberfläche 16b der Deckplatte gefertigt sein. Wenn die Deckplatte

entfernbar sein soll (zur Reinigung und ähnlichen Zwecken), kann die Schicht 18a ein getrenntes Teil sein, das getrennt über der Reflektoröffnung 14a angebracht ist. Alternativ kann die Schicht 18b auf absorbierendes Material auf der äußeren Oberfläche 12a des Heizrohres 12 angebracht sein. Die Schichten 18a oder 18b können aus irgendeinem Material gefertigt sein, das eine wesentlich höhere Absorption von Strahlungsenergie in dem sichtbaren Bereich (von etwa 0,4 um bis etwa 0,7 im) und eine wesentlich kleinere Absorption oder Dämpfung für Strahlungsenergie in dem nahe gelegenen Infrarotbereich (von etwa 1yum bis etwa 3 yum) aufweisen. Der Absorber kann auch ein rot durchlässiges Material sein, wie beispielsweise ein Glas oder ähnliches, das zu einem getrennten Teil gebildet oder in einem anderen Element, beispielsweise in dem Rohr 12, verteilt ist. Ein Material, das für die Absorption von Energie im sichtbaren Bereich in der Schicht 18a oder 18b besonders brauchbar gefunden wurde, ist Eisenoxid. Ein Eisenoxidüberzug mit gewünschter Dicke kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß eine alkoholische Lösung von Eisenchlorid auf eine heiße Oberfläche gesprüht wird, die beispielsweise durch Betätigung des Fadens 11 für eine gewisse Zeit vor dem tatsächlichen Sprühen der Eisenchlorid-Alkohollösung ausgebildet wird. Die Verwendung eines Eisenoxidüberzuges ist besonders vorteilhaft, da der größte Teil der Strahlung im blauen und grünen sichtbaren Bereich absorbiert wird, während Infrarotstrahlung auf wirksame Weise durchgelassen wird. Dadurch kann ein Teil der roten sichtbaren Strahlung durch die absorbierende Schicht 18 und infolgedessen durch die Deckplatte 16 hindurchgelassen werden, wobei der Benutzer sieht, daß die Deckplatte eine etwas schwache rote Farbe hat, wodurch angezeigt wird, daß die Einrichtung in Betrieb ist.

Es ist jedoch auch möglich, daß das Rohr 12 weggelassen und c *■ Faden 12 in einem hermetisch gekapselten Behälter angeordnet wird, der von dem Reflektor 14 und der Deckplatte 16 begrenzt wird. Weiterhin können andere Heizeinrichtungen verwendet werden, die auch andere Formen als den geradlinigen Faden

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aufweisen, wie er hier gezeigt und beschrieben ist. Insbesondere können meanderförmige Fäden verwendet werden, die eine mittlere Mittellinie aufweisen, die eine Kurve entweder in einem zwei- oder dreidimensionalen Raum sein kann, wie es für die jeweilige Verwendung erforderlich ist. In ähnlicher Weise können zusätzliche Einheiten aus der Kombination der Heizeinrichtung 11, der Reflektoreinrichtung 14 und der Filtereinrichtung 18 in einer einzigen Einrichtung 10 verwendet werden, wie es durch die zusätzlichen Reflektoren 1 4', Fäden 11' und Schutzröhren 12', zugehörige spektrale Filtermittel 18' und Deckplatten 16' gezeigt ist, die alle gestrichelt und links und rechts von der in ausgezogenen Linien gezeigten Einheit in Figur 2 gezeigt sind. Wenn mehrere Heizeinheiten verwendet werden, können auch einzelne Deckplatten 16 und 16' verwendet werden, oder die Gesamtheit der Deckplatten können zu einem einheitlichen Teil geformt werden, das eine Oberfläche oder ein Volumen bildet, auf dem oder in dem die Speisen gekocht werden können. Selbstverständlich kann auch eine Wärmeisolierung um das Äußere der Einrichtung 10 herum verwendet werden, wenn dies erforderlich ist. Die Einrichtung 10 muß auch nicht nur zum Heizen oder Kochen von Speisen verwendet werden, sondern sie kann auch für andere Zwecke benutzt werden, die eine Bestrahlung von wenigstens einem Gegenstand mit Infrarotstrahlung erfordern.

In Figur 2a ist die Strahlungswellenlänge mit zunehmenden

und

Werten entlang der Abszisse 21 aufgetragen/in um unterteilt. Die spektrale Leistungsdichte M λ ist auf der Hauptordinate 22

5 2

aufgetragen und in Einheiten von 10 Watt/(m Aim) unterteilt. Die relative Amplitude des sichtbaren Lichts V(A) ist auf einer Nebenordinate 23 aufgetragen. Eine getrichelte Kurve 25 bezieht sich auf die Nebenordinate 23 und gibt die relative Empfindlichkeit des menschlichen Sehvermögens an. Eine Schar von ausgezogenen Kurven 27a bis 27g stellt die relative Leistungsdichte, bezogen auf die Hauptordinate 22, der Strahlung dar, die durch eine Quelle erzeugt wird, die bei Temperaturen von 2000°K (Kurve 27a) bis zu einer Temperatur von 3200 K (Kurve 27g) in 200°K-Schritten arbeitet. Eine getrichelte Kurve 29 stellt

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stellt die Wellenlänge dar, bei der eine Spitzenleistungdichte in bezug auf die Fadentemperatur auftritt. Eine weitere gestrichelte Kurve 30 bei 2,6 um gibt die Wellenlänge an, oberhalb der infrarote Strahlung gefunden wird, die im wesentlichen nicht durch übliche Deckplatten hindruchtritt; wünschenswerterweise tritt der Hauptteil der infraroten Strahlung unterhalb der Linie 30 auf, und es ist weiterhin wünschenswert, daß die Kurve 29 für die Spitzenleistungsdichte bei einer Wellenlänge größer als etwa 1,0 /um für die jeweilig verwendete Fadentemperatur auftritt, um den Anteil der nutzbaren Strahlung im nahe gelegenen Infrarotbereich zu maximieren. In ähnlicher Weise sollte die Fläche unterhalb der sichtbares Licht darstellenden Kurve 25 von einer gewählten Strahlungskurve 27 so klein möglich sein. Es wird deutlich, daß Fadentemperaturen zwischen etwa 2000 K und etwa 3000 K diese Bedingungen erfüllen. Die höheren Temperaturen werden etwas bevorzugt, da die dort auftretenden höheren Werte für die Leistungsdichte Mg^ für eine wesentliche Senkung der Materialkosten für die Heizeinrichtung sorgen können. Diese Kostensenkung muß durch die zusätzliche sichtbare Strahlung bei höheren Betriebstemperaturen ausgeglichen werden; es wird angenommen, daß zur Zeit eine bevorzugte Temperatur von etwa 26OO°K (Kurve 27D) den besten Kompromiß darstellt.

Claims

Heiz- und/oder Kocheinrichtung mit Strahlungsenergie Ansprüche

1.) Strahlungsenergie-Heiz- und/oder Kocheinrichtung,
gekennzeichnet durch

eine Vorrichtung (11) zum Erzeugen von Strahlungsenergie

im

mit Wellenlängen wenigstens/infraroten und sichtbaren Bereich;

eine Vorrichtung (16) zum Bilden einer Oberfläche, an der wenigstens die Infrarotstrahlung für Kochzwecke zur Verfügung stehen soll, und

eine zwischen der Heizvorrichtung und der Oberfläche angeordnete Vorrichtung (18) zum Verkleinern der Menge der
sichtbaren Strahlung an der Oberfläche.

2. Einrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (14) um die Heizvorrichtung (11) herum angeordnet ist zum Richten im wesentlichen der gesamten Infra-

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rotstrahlung durch die Oberfläche.

3. Einrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleinerungsvorrichtung (18) eine Schicht (18a, 18b) aus sichtbare Strahlung absorbierendem Material enthält.

4. Einrichtung nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß das absorbierende Material wenigstens blaues und grünes sichtbares Licht absorbiert.

5. Einrichtung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß das Material Eisenoxid ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung ein Heizfaden ist, der innerhalb der Reflexionsvorrichtung (14) angeordnet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (11) ein Teil (12) enthält, das den Heizfaden (11) ummantelt.

8. Einrichtung nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleinerungsvorrichtung (18) auf der Ummantelung (12) angebracht ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß der Heizfaden eine langgestreckte, gerade Form hat und die Ummantelung (12) ein Rohr aus strahlungsdurchlässigem Material ist, das um den Faden herum ausgebildet ist, und daß die Vorrichtung (14) zum Richten der Infrarotstrahlung

eine parabolische Wanne ist, wobei der Faden (11) entlang deren Brennpunkt angeordnet ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß der Faden (11) eine langgestreckte gerade Form hat und die Richtvorrichtung (14) eine parabolische Form hat, wobei der Faden entlang deren Brennpunkt angeordnet ist, und daß die Verkleinerungsvorrichtung (18) eine Schicht aus einem Material ist, das Strahlungsenergie im sichtbaren Spektralbereich absorbiert und sich über einen Öffnungsbereich der Wanne erstreckt.

11. Einrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung bei einer Temperatur zwischen etwa 2OOO°K und etwa 3OOO°K arbeitet.

12. Einrichtung nach Anspruch 11/

dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung bei einer Temperatur von etwa 2600 K arbeitet.

13. Einrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine zusätzliche Heizeinrichtung (11¹), die auf der gleichen Seite der Oberfläche wie die Heizvorrichtung (11) angeordnet ist, und eine zusätzliche Verkleinerungseinrichtung (18') vorgesehen sind, die zwischen der Oberfläche und der wenigstens einen zusätzlichen Heizvorrichtung (11^!) angeordnet ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Richtvorrichtung (14') vorgesehen ist, die mit der zusätzlichen Heizvorrichtung (11') zusammenarbeitet, damit im wesentlichen die gesamte Infrarotstrahlung von der

zusätzlichen Heizvorrichtung durch die Oberfläche hindurchtritt.

15. Einrichtung nach Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche eine zweidimensionale Oberfläche ist.

16. Einrichtung nach Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche eine dreidimensionale Oberfläche ist, die ein Volumen bildet, in dem wenigstens ein Gegenstand durch die Infrarotstrahlung erhitzt werden kann, die durch die Oberfläche hindurchtritt.