具有催化变换器的重复循环烹调炉 发明背景
本发明涉及重复循环烹调炉，特别涉及一种具有催化变换器的重复循环烹调炉。
美国专利No.5,254,823、No.5,434,390和No.5,558,793介绍了一种重复循环烹调炉，该烹调炉提供了一种本质上封闭的环境。重复循环烹调炉一般利用热空气提供热能，用以进行热空气冲击烹调。在一种“混合”重复循环烹调炉中，使用热空气和微波(从磁控管产生)两者供给烹调能量。这种重复循环烹调炉非常经济，这是由于它在本质上是封闭环境的装置，用于烹调所生成的热量不是没有用处地由出口通往烹调炉外的大气中，而本质上是用于专门的烹调目的。然而，不可避免从烹调炉至周围大气的热损失(或者经过炉壁或者通过开启和关闭炉室门)加之从烹调室取出烹调好的食物时作为食物一部分而被带出的热能，两者的组合必须以某种方式补偿，这通常需要较高的成本。通过适当地烹调炉隔热和对烹调炉烹调室放入和取出食物的炉门的仔细设计，这些不可避免的热损失可能达到最小。然而，重复循环烹调炉都经受着非重复循环烹调炉所没有碰到或很少碰到的独特问题。
在重复循环烹调炉中，在烹调室中环绕食物运动的热空气倾向于携带已经脱离食物的小食物颗粒，以及空气传播的脂肪和其它在烹调过程所产生或释放的颗粒。保持清洁的烹调空气(自然包括清洁的烹调炉)对于卫生与高质量的食物，以及使烹调炉的烹调操作有最高的操作效率两者都重要。例如，用于微波烹调的磁控管的运行效率，对于烹调空气的清洁度特别敏感。最好重复循环烹调炉能烹调各种不同的食物，并能重复使用种种烹调方法，从焙、烙、煮、炸到烤(roasting)、烤(toasting)、蒸、炙烤(grilling)等等。特别是当烹调炉正烹调半熟或生肉时，大量的空气传播的脂肪进入烹调室，于是也就进入烹调空气。结果，可能在不同食物之间串味，如果这些食物在同一烹调室中烹调，无论是同时烹调(不管是用重复循环式还是用非重复循环式炉)或是相继烹调(即在一重复循环烹调炉中依次烹调)都是如此。
一种传统的商品烹调炉(无论是否为重复循环式)利用各种方法清洁空气以便重用，和减少空气中颗粒的量，这些颗粒将沉积在烹调室内烹调表面，和/或在食物正在烹调时，或在后续的烹调操作时沉积在食物上。第一种方法是在烹调室的底部使用捕获篮，以捕集各种在烹调操作中脱落的大食物颗粒。第二种方法是使用金属过滤网，所有在烹调操作中使用过的空气，在其返回重复循环烹调炉的烹调室，或进入非重复循环烹调炉的出口之前，通过金属过滤网。金属过滤网机械地移去空气中的颗粒，包括大颗粒脂肪，使这些夹杂物沉积在捕集盘中，该捕集盘设置在过滤网下面。过滤网和捕集盘两者均可在每日清洁操作时容易地从烹调炉移去以便清洗。第三种方法是清洁操作本身，这时，对在烹调操作中与所用空气接触的全部烹调室的元件，均用上述手工操作的方法清洗。
然而，即使综合使用这些空气清洁技术，也不能证明是完全令人满意的。因此，现有的商品烹调炉--即使是重复循环式--经常使用架空罩盖通风系统，以捕集任何数量空气传播的脂肪和使之换气，这些脂肪是在烹调炉中高脂肪操作所释放的。许多市政当局及他们的制定规章的代理要求这种架空罩盖通风系统保证烹调操作的安全(因为脂肪沉积的积累可能引起一场火灾)和烹调食物的质量。绝大多数这种类型的架空通风系统都是永久性安装，成本既高又不方便。
当前，迅速发展的快餐产业是所谓“非传统”场所。许多大型连锁店用完了现有高价的不动产场所，或者用于独立的建筑，或者用于成行的沿街铺面。此外，不动产每一平方英尺的基础，已经变得更加昂贵，缩减饭店厨房空间的压力已经激烈。无处是比“非传统”场所更为如此，这里总操作空间从平均2000-40000平方英尺减小至400-800平方英尺。这些非传统场所通常在大型建筑物内，例如机场、大型商店和方便百货商店，这些地方使用外部通风系统比传统饭店场所更为昂贵。显然，一种现代空气清洁系统的需求是巨大的，这种空气清洁系统将排除对于架空罩盖通风系统的需求。
因此，本发明的目的之一在于提供一种重复循环烹调炉，该烹调炉只需增加最小的热能就能连续进行烹调操作。
另一目的在于提供这样一种烹调炉，其中，同时或相继烹调时，不同食物间气味传递最小。
另一目的在于提供这样一种烹调炉，该烹调炉不需要架空罩盖通风系统。
提供这样一种烹调炉也是目的之一，该烹调炉在每日清洁操作时所需要的手工劳动最少。
发明概述
现已发现本发明之上述目的及有关目的，由一种重复循环烹调炉达到，该烹调炉提供了本质上封闭的环境。这种烹调炉包括：一压力热通风系统，用于向烹调室供给热空气流和从烹调室接受热空气流；和一烹调室，用于向压力热通风系统供给热空气流和从压力热通风系统接受热空气流。压力热通风系统在系统中维持一热空气容槽，烹调室在室内烹调食物时至少部分使用热空气流，这些食物向热空气添加可氧化成份。烹调炉还包括使热空气流在本质上连续的流动通道中循环的装置，该装置包括：压力热通风系统；烹调室；和催化变换器，该催化变换器设置在热空气流流动路径中，处于烹调室的下游和压力热通风系统的上游，用于无火焰氧化离开烹调室的热空气流中的可氧化成份，因此在去除热空气流中的可氧化成份时，至少释放一些附加的热能进入热空气流。
在推荐实施例中，压力热通风系统维持热空气容槽的温度至少为570°F，催化变换器的进口温度至少为475°F。灭火温度推荐为475-550°F。可氧化成份包括脂肪、油脂、油、和在烹调炉中由烹调食物所产生的类似碳氢化合物，而可氧化成份本质上可氧化成二氧化碳和水。
对附图的简要说明
本发明的上述及有关目的、特点和优点，结合所列附图，参看下述对于本发明推荐实施例的详细说明，将更为充分地理解，其中：
图1为根据本发明之烹调炉的轴侧图；
图2为与图1相似但不具有炉壳的烹调炉的轴侧图；
图3为不具有炉壳的烹调炉的分解示意图；和
图4为沿图1中4-4线剖切的烹调炉的剖面图。
对推荐实施例的详细说明
现在参看附图，特别是其中的图1，图中所图解说明的是根据本发明的重复循环烹调炉，总体用数字10表示。烹调炉10的功能部件设置在炉壳12内，该炉壳由支腿14支承。功能部件在图2中给予了图解说明，并以图3所示爆炸图的形式图解说明其原理，该图中没有炉壳，图中的箭头表示热空气流动的路径。
从传统方面讲，烹调炉10包括：压力热通风系统，总体用数字20表示；烹调室，总体用数字22表示；循环装置24、26，该装置用于使热空气流沿本质上连续的流动路径(图3中用箭头表示)循环，该流动路径包括压力热通风系统20和烹调室22。更详细地说，循环装置24、26包括一马达驱动风扇24(图中未示出马达)和导管26。
更详细地说，压力热通风系统20按照热空气容槽具有适当的容积来确定形状和尺寸，使得一旦烹调炉已被预热，压力热通风系统20中具有足够的热空气，并可立即开始烹调，无论食物是否放入烹调室22。为此，压力热通风系统20包括加热装置(图中未示出)，例如电加热元件(具有或不具有变相热容槽)。温度传感器(图中未示出)最好设置在压力热通风系统20内，用以调节加热装置，并保证热空气容槽维持适当的温度。压力热通风系统20最好使热空气容槽至少维持在570°F，其理由在后面将给予说明。
压力热通风系统20经过若干穿孔、导管或类似通道向烹调室供应热空气流，按照需要对烹调室22中的食物提供热空气冲击烹调，并经过导管26和风扇24等从烹调室22接受热空气流。
正如前面所指出，烹调室22经过导管26、风扇24和类似通道向压力热通风系统20供给热空气流，并经过若干穿孔、导管30或类似通道从压力热通风系统20接受热空气流。烹调室至少部分使用热空气流烹调烹调室中的食物(图中未示出)，接受烹调过程的食物又向热空气流中加入可氧化成份。根据在烹调室内被烹调的具体食物不同，从食物所释放或由食物所形成的可氧化成份包括脂肪、油脂、油和类似的碳氢化合物，这些碳氢化合物由在烹调室22内烹调的食物所产生或所形成。烹调室22包括烹调炉门32，该炉门可以开启，以便向烹调室22中放入食物和从中取出烹调过的食物。
马达驱动风扇24使热空气流在本质上为连续的流动路径内循环，该流动路径包括压力热通风系统20、烹调室22和管道26的各种元件，马达驱动风扇最好是可变速的。
导管26包括：过滤装置26a；垂直导管26b，该垂直导管从过滤装置26a通向风扇24；和水平导管26c，该水平导管接受由风扇24送来的热空气，并将其送往压力热通风系统20。正好在过滤装置26a之上，烹调室22的底面具有一大的圆形空腔。一圆环形收集筐23设置在烹调室22底面的空腔内，用以捕集食物在烹调操作过程中所掉落的任何大颗粒，借助于重力使食物的大颗粒捕集在收集筐内，以便在每日清洁操作中容易移去。在烹调过程中支承食物顶端的烹调盘(图中未示出)，安装在炉门32处以便从此移动，在烹调时此盘位于收集筐23的顶上。
过滤装置26a包括一倾斜金属网40，安装在一过滤器架42上。在烹调操作中已经用过的热空气全部通过过滤网40。过滤网40机械地去除空气中的颗粒，包括大的脂肪颗粒，并将这些颗粒沉积在设置在下面的搜集盘43内。搜集盘43最好刚好设置在过滤架42和过滤门44交界处的下面，使能接近过滤架42，以便捕获任何从交界处的渗漏物，特是在门44打开的时候。当炉壳门44开启时，允许过滤架42(包括过滤网40)从门框通过。每日清洁操作时，过滤网40和搜集盘43两者均可容易地从烹调炉10中移出。
烹调炉的内表面(在过滤架下面的部分)最好是向中心倾斜，且设置一废物管46，该废物管用于将任何聚集在中心处的液态废物传送至设置在炉壳12外的可移动盘48中(例如可滑动地设置在烹调炉底的外表面)。
上述三个美国专利在此被全部参考引用。由于所述此种重复循环烹调炉对于本领域的技术人员是众所周知的，--例如，从上述三个专利中--，相信没有必要对其作附加的详细说明。不过，将会理解，本发明中的上述传统组成部分与上述美国专利所述相关部分相似，除了各组成部分的相对位置和顺序作了某些变更之外。
将会理解，尽管图解说明的实施例完全依靠热空气冲击烹调，根据本发明，一种混合式烹调炉也可依靠微波。适当的时候，收集筐23的圆环形中部可以覆盖成允许微波从中传过。
现在转到本发明的新颖一面，本发明的烹调炉10包括催化转换装置即催化变换器50和催化变换器保持器52，变换器50和保持器52都设置在或邻近于过滤架42的后部。催化变换器50设置在机械过滤网40的热空气气流的下游的流动路径中。
保持器52与过滤架42的后侧配合，并支撑着变换器50，该催化变换器最好至少部分地设置在通向风扇24的垂直导管26b内。为周期性地清洗催化变换器50，机械过滤网40从过滤架42移去，将催化变换器50向上完全推入垂直导管26b。过滤架42和催化变换器保持器52均从通道移出，然后将催化变换器50拉下，并从同一通道移出。
氧化催化剂50对于燃烧混合物的作用，与火花或火焰点火的方式极其相同，只不过是发生在较低的温度且没有火焰。因此，为完全燃烧，点火或“无火(light-off)”燃烧两者均必须具备充足的氧气。不过，催化氧化与点火燃烧的一个重要的区别在于前者可以使燃烧材料在极低的浓度下全部燃烧，该燃烧材料在缺少催化剂或极高温度时不能维持燃烧。其理由在于燃烧反应实际上发生在催化剂的表面。
当由碳、氢、氧组成的可燃烧物质与空气中的氧起反应时，生成二氧化碳和水以及可预计的热量。所释放的热量(就是说，放出热量的反应)使得变换器内部气体温度升高。气/油比愈大所释放的热量愈多。对于绝大多数使用情况而言，推荐气/油比调节至使变换器出口与进口间的温升不大于200-300°F。
典型的挥发性碳氢化合物和具有点火或灭火温度为475-550°F的变换器，对于绝大多数标准设计而言，要使激活的催化剂表面具有900-1000°F的工作温度，变换器进口温度应为475°F。变换器出口温度一般为650-850°F。催化变换器使从烹调而来的空气传播的脂肪在475-550°F的温度燃烧，其中包括烹调炉的正常工作范围(压力热通风系统20中的温度传感器设置为570°F，烹调温度为520°F)。没有催化变换器，空气传播的脂肪在700-800°F的温度燃烧，此温度大大高于烹调炉典型的工作温度，即475-550°F。催化剂材料对于此种应用，最有效的典型作用温度范围在475°F至550°F。由烹调操作所散发的正常的油脂和充满气味(oder-laden)的空气流，在大约500°F的温度有效地氧化。
空气传播的脂肪在循环热空气流每次通过变换器50时，大约20％转换为热能。由于被烹调炉利用的空气体积是快速和频繁重复循环的。相继的和累积的变换可使空气流连续和全部清洁。
现在研究催化剂和催化器基质结构，这对于本发明的实践是有用的，可以理解，催化剂和催化器基质结构，除了这里特别的说明和图解之外，都可以被采用，而不会超出本发明的范围。各种能使油脂、油等无火焰氧化和具有不同香、气味特征的催化剂可以使用，不同的催化剂具有不同的温度范围，而对于不同碳氢化合物，在操作温度范围内不同的子温度范围(sub-ranges)则最为有效。
一种推荐的催化系统包括一种由耐熔材料制成的蜂窝基质，该耐熔材料涂敷含铂催化剂。蜂窝基质提供催化剂以大的涂敷面积，因此，在催化剂和将被氧化的有机材料之间具有大的有效接触面积。适合于涂敷蜂窝基质的催化剂包括铂基催化剂，例如四胺铂硝酸盐(Tetramine platium nitrate)(NH3)4Pt(NO3)2，氯铂酸盐(Chloroplatinic acid)、铝和葡萄糖(Dextrose)的混合物，或分子式为(NH3)4Pt(NO3)2的四胺铂硝酸盐的溶液。铂化合物与另一金属添加剂化合物以各种比例组成混合物，在本发明中的实践中也是有用的，这些添加剂可以是钯、铑、钌、铱等等，混合物中铂化合物通常占主要部分。催化剂材料覆盖在基质的表面，通常是将基质浸泡在催化剂悬浮液或溶液中，然后使涂敷后的基质干燥或热处理，以便将催化剂材料固定在基质上。蜂窝基质可以由Torvex制成，这是由DuPont公司制造的一种陶瓷，或者用由Dow Corning公司、Minnesota Miningand Manufacturing公司等制造的类似材料。涂敷催化剂的硅/铝基质粒状结构，像其它众所周知的耐火金属氧化物那样也是有用的。其它的催化方法包括使用球团(pellets)等等。
一种特别推荐的催化变换器，由煅烧氧化铝基质制成，具有带铂的不锈钢支承，可按商标“CAMET OXIDATION CONVERTER”买到(从Ohio 44234，Hiram的W.R.Grace&Co，现在位于New Jersey，Iselin的Engelhaard公司购买)。氧化物典型的密度为100-350单元/平方英寸，推荐为140单元/平方英寸，推荐的催化剂密度为30克/立方英尺。另一种特别推荐的催化变换器，是设置在一设计中的波形铁素体不锈钢薄片，该催化变换器加大了与热空气流的接触。此不锈钢薄片覆盖以一种包含各种金属氧化物助催化剂的氧化铝涂层(washcoat)，和少量从铂组中选取的活性催化剂-即铂、钯或铑。
在催化现场，由于与催化剂和现场屏蔽(覆盖现场但并不与现场结合的材料)间的化学反应而中毒的问题，可以用正常方式处理，通常使用各种清洁或更换技术。
当重复循环烹调炉的基本运行在利用电能上是有效的时，一种附加的、相对独立的、用以供热的辅助能源(即催化变换器)使该烹调炉更加有效。独立的辅助能源降低了热容槽的热要求，使预设压力热通风系统的温度维持在较低的运行成本水平。
催化变换过程的有效运行，大大减少了空气传播的脂肪--及其所具有的气味--，这些脂肪是在被同时烹调或相继烹调的食物周围重复循环的。这就允许操作者烹调更为广泛的食品品种，每种食品能保持其独有的香味，并具有比传统烹调方法高得多的出产量，传统的烹调要求类似的食品分门别类，并与其它食品分开烹调。例如，根据本发明，柔软的膨胀(delicate puff)馅饼可以与生鱼片在同一工序或相继的工序烙出。另一个例子是，烹调好的胡椒比萨饼具有伴随胡椒的独特气味，这种气味会由于循环空气传播的脂肪的存在而徘徊在烹调炉中。这种徘徊的气味会传递到随后烹调的食物中，例如奶酪比萨饼，这种食品对于吸收气味特别敏感。然而，催化变换器具有使这些食品(即胡椒比萨饼和奶酪比萨饼)相继烹调的功能。
本发明不仅使热能成本最小，并提供了烹调(无论同时烹调还是相继烹调)各种不同食品的优良性能，而且还减少了每日清洁操作所需要的手工劳动。催化燃烧过程去除了大量空气传播的脂肪(并将其转换为热能)，于是脂肪不沉积在烹调室的表面和机械过滤器上。由于脂肪是在烹调过程中最为暗中为害的外在元素，脂肪的去除，本质上减少了每日维护程序中用手工清洗烹调炉所需要的时间(以及成本)。
最后，因为本发明大大减少在饭馆厨房释放到空气中的空气传播的脂肪量，于是消除了对于架空通风系统的需求，并使值得注意且常常令人不愉快的吹向顾客的空气传播的脂肪气味减到最小，特别是在“开放式厨房”的布局时，顾客流进入并直接与烹调区接触。
总之，本发明提供了一种重复循环烹调炉，这种烹调炉对于连续烹调操作只需要增加很少的热能，允许不同的食品同时或相继烹调，而只有最少的气味在不同食品之间传播。此外，烹调炉并不需要架空排气通风系统，并将每日清洁操作所需要的手工劳动量减至最小。
至此，本发明的推荐实施例已经详细地示出并予以说明，对其所作的各种修改与改进，对于本领域的技术人员是容易理解的。因此，本发明的精神和范围将只根据所附权利要求解释其范围与进行限定，而不是根据上述的说明书进行限定。