Brevet FR2739176A1 — publié le 19970328

Appareil de cuisson d'un produit alimentaire par rayonnement infra-rouge La présente invention concerne un appareil de cuisson d'un produit alimentaire par rayonnement infrarouge. On connaît dans le domaine de l'industrie agroalimentaire des appareils à rayonnement infra-rouge qui permettent par exemple de sécher ou de griller un produit alimentaire. Cependant dans ces appareils industriels, la longueur d'onde du rayonnement émis n'est pas réglable en fonction du type d'aliments à traiter. Dans les appareils domestiques usuels, la cuisson est généralement réalisée au moyen de résistances blindées, émettant éventuellement un rayonnement infra-rouge moyen ou long qui pénètre peu dans le produit à cuire. Les temps de cuisson par convection sont donc relativement longs. On connaît également des appareils de cuisson à micro-onde qui procurent des temps de cuisson très courts. Cependant, ce mode de cuisson n'est parfaitement adapté que pour les produits alimentaires à forte teneur en eau. De plus, il n'est pas possible de griller un aliment dans ce type d'appareil. Le but de la présente invention est de proposer un appareil de cuisson à rayonnement infra-rouge à michemin entre la cuisson traditionnelle par convection et la cuisson par micro-onde, c'est-à-dire qui permette d'obtenir un état de cuisson des aliments proche de celui obtenu dans un appareil à résistance classique, en un temps très court, inférieur ou proche du temps de cuisson par micro-onde. L'appareil de cuisson d'un produit alimentaire par rayonnement infra-rouge visé par l'invention comporte au moins un émetteur de rayonnement infra-rouge court. Selon l'invention, il est caractérisé en ce que la longueur d'onde d'un pic d'émission de cet émetteur est égale à la longueur d'onde d'un pic d'absorption du rayonnement infra-rouge par le produit alimentaire. On maîtrise ainsi parfaitement le flux d'énergie émis par rapport à la capacité d'absorption du produit alimentaire à cuire. L'intégralité du rayonnement infra-rouge émis en direction du produit est absorbé par ce dernier. De plus, le rayonnement infra-rouge court pénètre bien dans la matière alimentaire. Par conséquent, la cuisson par rayonnement infra-rouge court est beaucoup plus rapide que les systèmes de cuisson traditionnels. Selon une version préférée de l'invention l'appareil de cuisson comprend des moyens de réglage de la longueur d'onde d'un pic d'émission dudit émetteur à une valeur égale à la longueur d'onde d'un pic d'absorption du rayonnement infra-rouge par le produit alimentaire à chauffer. En adaptant ainsi la longueur d'onde du pic d'émission de l'émetteur en fonction du produit, on peut cuire de manière optimale tout type de produit, quelle que soit sa teneur en eau, contrairement aux appareils de cuisson par micro-onde dans lesquels seuls les aliments ayant un fort taux d'humidité sont correctement chauffés. Selon une version avantageuse de l'invention, les moyens de réglage sont adaptés à modifier la tension d'alimentation en courant électrique de l'émetteur. Grâce à cette modification de la tension d'alimentation, on peut couvrir pour le pic d'émission d'un émetteur unique, un intervalle de longueurs d'onde incluant les pics d'absorption de différents aliments à cuire. De préférence, pendant un cycle de cuisson, les émetteurs de rayonnement infra-rouge fonctionnent de manière intermittente. Ainsi, la densité de puissance émise par l'appareil de cuisson peut être régulée lors d'un cycle de cuisson. Selon une version préférée de l'invention,une partie des émetteurs émet un rayonnement infra-rouge moyen. Combiné à l'action du rayonnement infra-rouge court, cette émission d'infra-rouge moyen permet d'obtenir une cuisson plus rapide de l'extérieur du produit, c'est-à-dire de griller celui-ci, le rayonnement infra-rouge moyen pénétrant moins dans la matière alimentaire que le rayonnement infra-rouge court. Selon un mode de réalisation préférentielle, les moyens de réglage comprennent - des moyens formant minuterie adaptés à commander l'arrêt et la mise en marche des émetteurs de rayonnement infra-rouge - des potentiomètres adaptés à modifier la tension d'alimentation en courant électrique des émetteurs de rayonnement infra-rouge ; et - un microprocesseur délivrant des signaux de commande auxdits moyens formant minuterie et aux potentiomètres, les signaux de commande étant déterminés en fonction de paramètres de cuisson. Le fonctionnement de l'appareil de cuisson peut ainsi être entièrement automatisé à partir de l'introduction de paramètres de cuisson. Les moyens formant minuterie et les potentiomètres permettent de gérer les cycles de cuisson programmés dans le microprocesseur. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ciaprès Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs - la figure 1 est une vue de côté d'un appareil de cuisson selon un premier mode de réalisation de l'invention - La figure 2 est une vue de face d'un appareil de cuisson conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention - La figure 3 est une courbe représentant un spectre d'émission superposé à un spectre d'absorption d'un produit alimentaire - La figure 4 est une courbe illustrant la pénétration du rayonnement infra-rouge dans la matière en fonction de sa longueur d'onde - La figure 5 est un schéma illustrant le fonctionnement de l'appareil de cuisson ; et - La figure 6 est un schéma électrique des moyens de réglage de l'appareil de cuisson. En référence tout d'abord aux figures 1 et 2, un appareil de cuisson comporte au moins un émetteur 11, 12, 13, 14,15, de rayonnement infra-rouge court. Chaque émetteur peut être constitué d'un filament de tungstène placé dans une enveloppe en verre contenant un gaz neutre. Dans un premier mode de réalisation illustré à la figure 1, l'appareil de cuisson est un cuiseur comprenant un socle 30 sous lequel sont placés des moyens de chauffage classiques 33 (résistance électrique, moyens inducteurs), un récipient 31 équipé d'un couvercle 32 étant posé sur ce socle 30. Conformément à l'invention, au moins un émetteur 11 de rayonnement infra-rouge court est placé dans le couvercle, la longueur d'onde d'un pic d'émission de l'émetteur 11 étant égale à la longueur d'onde d'un pic d'absorption du rayonnement infra-rouge par le produit alimentaire à cuire. Cette caractéristique est illustrée à la figure 2. La courbe E (A) correspond au spectre d'émission d'un émetteur de rayonnement infra-rouge. Ce spectre présente un pic d'émission pour une longueur d'onde donnée 4=. La courbe (X)correspond à un spectre d'absorption d'un produit alimentaire. Ce spectre présente généralement un ou plusieurs pics d'absorptions, dépendants de la nature du produit. En réglant ainsi l'émetteur de sorte que son pic d'émission soit obtenu pour une longueur d'onde 4= correspondant à un pic d'absorption du produit à cuire, l'ensemble de l'énergie rayonnée est absorbée par le produit. On obtient ainsi un appareil de cuisson présentant une maîtrise optimale de l'énergie et autorisant une cuisson très rapide des aliments. Dans l'exemple décrit à la figure 1, la longueur d'onde du pic d'émission de l'émetteur 11 peut être préréglée lors de la construction de l'appareil de cuisson pour un certain type d'aliments. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, illustré à la figure 2, des moyens de réglage 20 permettent de modifier la longueur d'onde du pic d'émission des émetteurs de rayonnement infrarouge.Dans cet exemple, l'appareil de cuisson est adapté à chauffer différents types de produits alimentaires 1 et peut se présenter sous la forme d'un four. Les moyens de réglage 20 sont adaptés à modifier la tension d'alimentation en courant électrique de l'émetteur. La longueur d'onde du pic d'émission peut varier ainsi, dans un intervalle par exemple de l'ordre de 0,4 pm En effet, l'évolution de la longueur d'onde sur un émetteur suit une courbe qui dépend de la température du filament du tube infra-rouge, donc de la tension d'alimentation. L'appareil de cuisson comprend à la figure 2, deux séries E1, E2 de plusieurs émetteurs 11, 12, 13, 14 et 15 dont les pics d'émission varient chacun dans un intervalle différent de longueur d'onde, compris entre 0,9 pm et 3 pm. On peut ainsi choisir quatre émetteurs 11, 12, 13 et 14 permettant de couvrir l'ensemble de l'émittance spectrale de linfra-rouge court par pas de 0,4 pm, de 0,9 à 2,5 pm. L'appareil de cuisson comprend une première série E1 de quatre émetteurs à proximité d'une paroi supérieure 3 et une seconde série E2 de quatre émetteurs à proximité d'une paroi inférieure 4. Le produit à cuire 1 est disposé à égale distance des parois supérieure 3 et inférieure 4 de l'appareil de cuisson. De préférence, l'appareil comporte au moins un réflecteur 9 adapté à répartir uniformément le rayonnement infra-rouge émis sur une zone de cuisson de l'appareil de cuisson. I1 peut également être pourvu de moyens d'extraction 23 adaptés à extraire les fumées de cuisson hors de l'appareil. L'appareil de cuisson comprend en outre un émetteur 15 de rayonnements infra-rouge moyen, dont la longueur d'onde est comprise entre 2 ptm et 3m. Comme illustré à la figure 3, la pénétration du rayonnement infra-rouge dans une matière donnée dépend fortement de la longueur d'onde de celui-ci. Ainsi, plus la longueur d'onde X du rayonnement est courte, plus la profondeur e de pénétration dans la matière est importante. Cette pénétration dépend également du produit. Ainsi, à titre d'exemple, la longueur d'onde X correspondant à un pic d'absorption de produits tels qu'une carotte, une pâte à biscuit ou une pomme de terre crue, est égale à 1 clam. En revanche, la pénétration du rayonnement atteint une profondeur de 1,5 mm pour la carotte, de 4 mm dans une pâte à biscuit et de 6 mm pour des pommes de terre crues. Les moyens de réglage 20 de l'appareil de cuisson vont maintenant être décrits en référence aux figures 4 et 5. Ces moyens de réglage 20 comprennent des moyens formant minuterie 22 adaptés à commander l'arrêt et la mise en marche des émetteurs 11, 12, 13, 14 et 15 de rayonnement infra-rouge court ou moyen. La commande du fonctionnement des émetteurs peut être réalisée de manière connue par des interrupteurs électriques 24 adaptés à couper ou non l'alimentation en courant des émetteurs 11, 12, 13 et 14. Des potentiomètres U1, U2, U3 sont adaptés à modifier la tension d'alimentation en courant électrique des émetteurs 11, 12, 13, 14 et 15 de rayonnement infrarouge. I1 est clair par exemple que les potentiomètres Ul sont adaptés à régler la tension d'alimentation des émetteurs 11, 12, 13 et 14 de la première série supérieure El et que les potentiomètres U2 sont adaptés à régler la tension d'alimentation des émetteurs 11, 12, 13 et 14 de la deuxième série inférieure E2. Les moyens de réglage 20 comprennent en outre un microprocesseur 21 délivrant des signaux de commande aux moyens formant minuterie 22 et aux potentiomètres Ul, U2'U3. Les signaux de commande sont déterminés en fonction de paramètres de cuisson P, N, C que l'utilisateur peut modifier en fonction du produit à cuire. A cet effet, un tableau de commandes 2 est prévu sur une face avant de l'appareil de cuisson. Ce dernier peut également comporter des moyens d'affichage 6 pour renseigner l'utilisateur sur le cycle de cuisson en cours, en affichant par exemple la durée restante du cycle de cuisson. Les paramètres de cuisson comprennent - la nature N du produit à cuire : une série de type de produits (rôti de veau, poulet, cake, tarte, épinard, gratin de pommes de terre....) peut être prédéterminée, l'utilisateur faisant défiler cette liste pour effectuer son choix sur une fenêtre 7 du tableau de commandes 2, - le poids P du produit : une échelle de valeurs, aux 100 grammes près, par exemple, peut être prévue entre 100g et 6000g, l'utilisateur affichant le poids P approximatif du produit à cuire à l'aide d'une fenêtre défilante 8 sur le tableau de commandes 2, - le type de cuisson C choisi parmi cuire, griller, réchauffer ou décongeler : un bouton rotatif 5 classique permet d'effectuer ce choix et de commander également l'arrêt de l'appareil de cuisson. Pour une série de paramètres N, P, C de cuisson déterminée, le microprocesseur 21 détermine les caractéristiques d'un cycle de cuisson, à partir de données pré-programmées, comprenant notamment - les tensions d'alimentation des émetteurs de rayonnement infra-rouge court et moyen ; et - la durée t du cycle de cuisson. Ces caractéristiques (tension d'alimentation, durée) font partie des signaux de commandes adressés à la minuterie 22 et aux potentiomètres U1, U2, U3. En outre, pour des raisons explicitées ci-après, pendant la durée t du cycle de cuisson, les émetteurs 11, 12, 13, 14 et 15 peuvent fonctionner de manière intermittente. Les durées de marche trn et d'arrêt ta successives des émetteurs font également partie des signaux de commande adressés à la minuterie 22. Si des moyens d'extraction sont prévus dans l'appareil de cuisson, tels qu'un ventilateur 23, le microprocesseur peut également commander la marche et l'arrêt de ce ventilateur 23 en fonction du cycle de cuisson. L'utilisation du ventilateur 23 permet d'extraire les fumées de cuisson afin d'éviter que ces dernières ne créent un filtre, gênant la propagation des rayons infra-rouge. Pour la cuisson d'un produit donné, le microprocesseur 21 peut en outre déterminer plusieurs cycles de cuisson successifs ayant des caractéristiques (tension d'alimentation, durée, fonctionnement séquencé des émetteurs, ventilateur,....) différentes. La détermination de ces caractéristiques est réalisée par le microprocesseur 21 aux moyens d'une base de donnée et d'un calculateur. La base de données est programmée lors de la fabrication de l'appareil de cuisson. Elle comprend, pour chaque type N de produit défilant devant la fenêtre 7, la valeur des longueurs d'onde X1 (N) et X2 (N) correspondant à un pic d'absorption du produit N et la tension d'alimentation correspondante pour les émetteurs en partie supérieure E1 et en partie inférieure E2 du four. La valeur de la longueur d'onde X3 (N) d'émission de l'émetteur 15 de rayonnement infra-rouge moyen est également enregistrée. La base de donnée comprend en outre un algorithme de calcul permettant de déterminer la durée du cycle de cuisson t (P,N) en fonction du poids P et de la nature N de l'aliment 1, les durées de marche tm (P,N) ou d'arrêt ta (P,N) en fonctionnement séquencé des émetteurs infra-rouge, éventuellement une durée tR à ne pas dépasser lors de l'utilisation de l'appareil en mode de réchauffage. Ainsi, en fonctionnement, la programmation de la nature N du produit permet de déterminer la longueur d'onde X1 et X2 à laquelle un des émetteurs 11, 12, 13 et 14 de chaque série El, E2 doit être réglé. Puis, la programmation du poids P de l'aliment permet de déterminer la durée t du cycle de cuisson. Celle-ci peut être affichée sur le tableau de commande 2, dans la fenêtre 6. En cas de cuisson de produit épais (cake, gâteau), il est nécessaire d'utiliser un rayonnement infra-rouge court pour permettre la cuisson à coeur du produit. Cependant, la densité de puissance est alors très élevée et afin d'éviter de brûler le dessus du produit, il est préférable de faire fonctionner les émetteurs par impulsions. Les temps t m et t a de marche et d'arrêt sont alors adressés aux moyens formant minuterie 22. Le fonctionnement par intermittence des émetteurs permet de réguler la densité de puissance. Lorsque le mode de cuisson choisi est griller, la mise en marche de l'émetteur 15 de rayonnement à infra-rouge moyen est commandée afin de griller la surface du produit 1. En mode réchauffage, le temps du cycle de cuisson t peut être limité par la valeur tR préprogrammée afin d'éviter de recuire et brûler le produit 1. En mode décongélation, le fonctionnement séquencé des émetteurs 11, 12, 13 et 14 est généralement programmé afin d'éviter la décongélation trop rapide en surface du produit 1, qui forme ensuite un obstacle à la bonne pénétration du rayonnement infra-rouge court jusqu'au coeur du produit 1. Des algorithmes de cuisson utilisés par le microprocesseur sont donnés à titre d'exemples cidessous Cycle 1 | Cycle 2 | Durée totale Exemple I N: Poulet #1=#2=0,9 m #1=#2=1,6 m P: 1Kg200 t=18 mn t=7 mn t=25 mn C: Cuisson On obtient ainsi une cuisson homogène du produit, même aux endroits les moins exposés aux rayonnements, et ceci sans retourner le poulet dans le plat de cuisson. Cycle I Cycle 2 | Durée totale Exemple2 N: Cake #1=#2=1,10 m #1=#2=1,10 m P: 1Kg tm=30s tm=15s r=25 mn C: Cuisson ta = 30s ta = 40s t=20mn t=5mn Le cake est cuit à coeur sans être brûlé extérieurement. Cycle I Cycle 2 | Durée totale Exemple 3 N: Côte de boeuf #1=#2=1,10 m P: 1Kg500 t=17 mn t=17 mn C: Cuisson Cycle I Cycle 2 | Durée totale Exemple 4 N: Tarte aux pommes #1=1,20 m P: 300g #2=1,34 m t=7 mn C: Cuisson #3=2,40 m t = 7 mn La pâte et les pommes sont parfaitement cuites. Cycle I Cycle 2 | Durée totale Exemple 5 #1=#2=0,90 m N: Epinards tm=5s t=20 mn P: 600 g ta=16s C: Décongelation t = 20 mn ventilation: oui Grâce au séquençage et à l'action du ventilateur, la température en surface n'augmente pas trop rapidement, ce qui permet de décongeler le bloc d'épinards en profondeur. Bien entendu, de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'exemple décrit ci-dessus sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, l'appareil de cuisson peut également être un barbecue. De plus, le cuiseur illustré à la figure 1 peut également avoir des moyens de réglage semblables à ceux décrits en référence à la figure 2. Vice et versa, le four illustré à la figure 2 peut comporter des émetteurs d'infra-rouge 11, 12, 13, 14 et 15 dont la longueur d'onde du pic d'émission est préréglée en fonction du type d'aliment destiné à être cuit par l'appareil. Le choix de la nature du produit peut en outre être réalisé à l'aide d'une série de boutons illustrant différents types de produits aux moyens de pictogrammes par exemple. D'autres paramètres de cuisson peuvent éventuellement être pris en compte dans un algorithme du cycle de cuisson, afin de mieux maîtriser l'état de cuisson, tels que l'épaisseur exacte du produit, ou bien la matière (PTFE, verre,...) du plat de cuisson. REVENDICATIONS 1. Appareil de cuisson d'un produit alimentaire (1) par rayonnement infra-rouge, comportant au moins un émetteur (11, 12, 13, 14, 15) de rayonnement infra-rouge court, caractérisé en ce que la longueur d'onde (A1, A2) d'un pic d'émission dudit émetteur (11, 12, 13, 14, 15) est égale à la longueur d'onde (#max) d'un pic d'absorption du rayonnement infra-rouge par ledit produit alimentaire (1). 2. Appareil de cuisson conforme à la revendication 1, adapté à chauffer différents types de produits alimentaires (1), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réglage (20) de la longueur d'onde (#1, A2) d'un pic d'émission dudit émetteur (11, 12, 13, 14, 15) à une valeur égale à la longueur d'onde (Am=) d'un pic d'absorption du rayonnement infra-rouge par ledit produit alimentaire (1) à chauffer. 3. Appareil de cuisson conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de réglage (20) sont adaptés à modifier la tension d'alimentation en courant électrique dudit émetteur (11, 12, 13, 14, 15). 4. Appareil de cuisson conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que pendant un cycle de cuisson, les émetteurs (11, 12, 13, 14, 15) de rayonnement infra-rouge fonctionnent de manière intermittente. 5. Appareil de cuisson conforme à l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une série (E1, E2) de plusieurs émetteurs (11, 12, 13, 14) dont les pics d'émission (Al, A2) varient chacun dans un intervalle différent de longueurs d'onde, compris entre 0,9 pm et 3 pm. 6. Appareil de cuisson conforme à l'un des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'en outre une partie (15) des émetteurs émet un rayonnement infrarouge moyen. 7. Appareil de cuisson conforme à l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les moyens de réglage (20) comprennent - des moyens formant minuterie (22) adaptés à commander l'arrêt et la mise en marche des émetteurs (11, 12, 13, 14, 15) de rayonnement infra-rouge - des potentiomètres (U1, U2, U3) adaptés à modifier la tension d'alimentation en courant électrique des émetteurs (11, 12, 13, 14, 15) de rayonnement infrarouge ; et - un microprocesseur (21) délivrant des signaux de commande auxdits moyens formant minuterie (22) et aux potentiomètres (U1, U2, U3), les signaux de commande étant déterminés en fonction de paramètres de cuisson (P, N, C) 8. Appareil de cuisson conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que les paramètres de cuisson comprennent - la nature (N) du produit à cuire (1); - le poids (P) dudit produit et - le type de cuisson (C) choisi parmi cuire, griller, décongeler ou réchauffer. 9. Appareil de cuisson conforme à l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que, pour une série de paramètres (N, P, C) de cuisson déterminée, le microprocesseur (21) détermine les caractéristiques d'un cycle de cuisson, à partir de données pré-programmées, comprenant - les tensions d'alimentation des émetteurs de rayonnements infra-rouge court et moyen ; et - la durée (t) du cycle de cuisson. 10. Appareil de cuisson conforme à l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'extraction (23) adaptés à extraire des fumées de cuisson hors dudit appareil de cuisson. 11. Appareil de cuisson conforme à l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un réflecteur (9) adapté à répartir uniformément le rayonnement infra-rouge émis sur une zone de cuisson dudit appareil de cuisson.