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Beschreibung

Backofen mit Luftaustrittsöffnung Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft einen Backofen mit einem Backraum, welcher mit einer Austrittsöffnung versehen ist, durch die Gase aus dem Backraum entweichen können. Sie betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb eines Backofens.

Stand der Technik

[0002] Backöfen weisen üblicherweise eine Heizvorrichtung auf, über die Luft und/oder Wasserdampf als Heizmedium auf die für das Backen erforderliche Temperatur (meist erheblich über 100°C) erhitzt werden. Das gasförmige Heizmedium, insbesondere auch der durch Ausbackung entstehende Dampf, tritt nach einer gewissen Zeit durch die Austrittsöffnung aus dem Backraum des Ofens nach außen. Herkömmliche Backöfen sind so konstruiert, dass im Austritt ein Unterdruck von etwa 0,1 mbar (10 Pa) herrscht. Dieser schwache Unterdruck sorgt für optimale Betriebsbedingungen beim Backen, wobei die erhitzte und befeuchtete Atmosphäre über einen ausreichenden Zeitraum im Backraum verweilt, um ein Austrocknen der Backwaren zu vermeiden.

[0003] Im Stand der Technik wird der Zug in der Luftaustrittsöffnung, d.h. der Wert des Unterdrucks gegenüber dem Umgebungsdruck, durch die Konstruktion des Ofens und den sich an die Luftaustrittsöffnung anschließenden Kamin erreicht. Bei modernen öfen ist das Rohr zum Abführen der Gase aus dem Backraum mit einer Zugregelklappe versehen, die zur Umgebung hin öffnet. Bei einem zu großen überdruck ermöglicht die Zugregelklappe das Einströmen von Umgebungsluft in den Kamin oder in das die Abluft und Abgase aus dem Backraum führende Rohr. Die Zugregelklappe weist dabei einen bestimmten öffnungswiderstand auf, so dass sie bei einem bestimmten Unterdruck der abströmenden Gase öffnet. Hierdurch kann der Unterdruck an der Austrittsöffnung für das Heizmedium in Anpassung an die Einbausituation des Backofens auf einen konstanten Wert eingestellt werden. Durch die

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hinzuströmende Umgebungsluft ändert allerdings der Dampf erheblich seine physikalischen Eigenschaften. Insbesondere sinkt die aus dem Dampf rückgewinnbare Energie.

Darstellung der Erfindung

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die konstanten Backzustände unter Vermeidung der Beimischung von Umgebungsluft zu den abströmenden Gasen zu gewährleisten.

[0005] Diese Aufgabe wird in Bezug auf den erfindungsgemäßen Backofen dadurch gelöst, dass im Bereich der Austrittsöffnung ein Drosselelement zur Variation des Strömungsquerschnitts für die ausströmenden Gase angeordnet ist, das mit einem durch ein Regelmodul geregelten Antrieb gekoppelt ist, und dass auf der zum Backraum liegenden Seite des Drosselelements ein erster Drucksensor angeordnet ist, der mit dem Regelmodul verbunden ist. Als Drosselelement kann in der Praxis eine Drosselklappe verwendet werden.

[0006] Mit anderen Worten wird die Zugregelklappe in den Strömungsquerschnitt für die ausströmenden Gase verlegt. Sie gibt nun nicht mehr wie im Stand der Technik eine zur Umgebung führende öffnung frei. Stattdessen verändert sie den Strömungswiderstand der Gase in dem die abströmenden Gase führenden Kanal.

[0007] Hierdurch wird es ermöglicht, den Unterdruck im Bereich der

Austrittsöffnung für das Heizmedium aus dem Backraum dynamisch zu regeln. Eine mögliche Art der Regelung ist die Einstellung eines konstant bleibenden Unterdrucks von 10 Pa gegenüber dem Umgebungsdruck. Dieser bereits in der Vergangenheit bevorzugte Wert kann durch die Regelschleife, bei der der Druck im Backraum bzw. kurz vor dem Drosselelement ermittelt wird, zuverlässig eingestellt werden. Die Beimischung von Umgebungsluft, welche die Sättigung des Dampfes im austretenden Heizgas reduziert und den Taupunkt dadurch absinken lässt, ist zur Beibehaltung eines konstanten Unterdurckwertes an der Austrittsöffnung nicht erforderlich.

[0008] Eine Notwendigkeit für eine derartige Einstellung ergibt sich insbesondere, wenn die Abzugsbedingungen hinter der Austrittsöffnung variabel sind. In

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modernen Bäckereien wird häufig das aus dem Backraum austretende Heizmedium nicht einfach in die Atmosphäre abgelassen. Das Heizmedium kann zur Aufbereitung von warmem Wasser oder für andere Heizzwecke verwendet werden. Zu diesem Ziel schließt sich häufig an den Backofen ein Energie-Rückgewinnungsmodul an. Ein derartiges Energie-Rückgewinnungsmodul ist beispielsweise aus den deutschen Gebrauchsmustern DE 297 09 784 U1 und DE 20 2006 003 153 U 1 bekannt. Häufig sind mehrere Backöfen in einer Backstube an ein gemeinsames Energie-Rückgewinnungsmodul angeschlossen.

[0009] Das Energie-Rückgewinnungsmodul weist in der Regel ein Gebläse auf, um den zuverlässigen Transport des aus dem Backofen austretenden Heizmediums durch das Energie-Rückgewinnungsmodul hindurch zu gewährleisten. Der Unterdruck an der Austrittsöffnung hängt also von der Gebläseleistung ab. Wenn mehrere Backöfen parallel geschaltet sind und über eine gemeinsame Rohrleitung für das austretende Heizmedium mit einem Energie-Rückgewinnungsmodul gekoppelt sind, beeinflussen sie sich gegenseitig. Die Strömungssituation an der Austrittsöffnung jedes einzelnen der Backöfen kann in Abhängigkeit von der aus den anderen Backöfen stammenden Menge an Heizgasen und in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt des Energie-Rückgewinnungsmoduls stark variieren. So können sich Schwankungen des Unterdrucks im Bereich der Austrittsöffnung eines Backofens dadurch ergeben, dass mehrere weitere, mit dem gleichen Energie-Rückgewinnungsmodul gekoppelte Backöfen, zugeschaltet oder abgeschaltet werden. Es sind aber auch Schwankungen des Unterdrucks an den Luftaustrittsöffnungen durch atmosphärische Einflüsse, z.B. Wind, der in die öffnung des Kamins hineindrückt, möglich.

[0010] Durch den Vorschlag einer Druckmessung in dem auf der Seite des Backraums liegenden Bereich vor dem Drosselelement und einer Druckregelung durch Verstellung des Drosselelements in Abhängigkeit von dem erfassten Messwert ergibt sich die Möglichkeit, einen vorgegebenen konstanten Unterdruckwert unabhängig von den Betriebspunkten gekoppelter Backöfen zu erreichen. Das Drosselelement variiert den Strömungsquerschnitt in dem Kanal für die aus dem Backraum

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austretenden Gase und ermöglicht folglich die Einstellung des Drucks im Bereich der Austrittsöffnung. Dies gilt aber auch, wenn der Backofen nicht mit einem Energie-Rückgewinnungsmodul gekoppelt ist, sondern seine Luftaustrittsöffnung direkt an den Kamin angeschlossen ist.

[0011] In der Praxis kann auf der außerhalb des Backraums liegenden Seite des Drosselelements ein zweiter Drucksensor angeordnet sein, der mit dem Regelmodul verbunden ist. Dieser zweite Drucksensor misst im Wesentlichen den Umgebungsdruck und ist daher bevorzugt an der Außenseite des Ofengehäuses oder des Rohrs für das austretende Heizgas angebracht. Der zweite Drucksensor kann in der Praxis von der zweiten Seite einer Membran eines Differenzdrucksensors gebildet werden. Die erste Seite der Membran des Differenzdrucksensors bildet dabei den ersten Drucksensor. Auf diese Weise liefert der Differenzdrucksensor ein Signal, welches den Differenzdruck zwischen der Austrittsöffnung des Backraums und der Umgebung.

[0012] Alternativ ist es möglich die Differenz zwischen dem Druck auf der dem Backraum zugewandten Seite des Drosselelements und dem Druck auf der vom Backraum abgewandten Seite des Drosselelements zu messen. In diesem Fall sollte aber die Druckdifferenz zwischen dem Druck auf der vom Backraum abgewandten Seite des Drosselelements und der Umgebung bekannt sein, weil für die Erzielung optimaler Backergebnisse die richtige Einstellung der Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Austrittsöffnung und dem Umgebungsdruck maßgeblich ist. Bei der Verwendung von Energie-Rückgewinnungsmodulen ist oft die Druckdifferenz zwischen dem Druck auf der vom Backraum abgewandten Seite des Drosselelements und der Umgebung bekannt, weil diese durch Druckmesser des Energie-Rückgewinnungsmoduls erfasst wird, so dass hier die Druckdifferenzmessung über die Drosselklappe eine einfache und effektive Vorgehensweise darstellt.

[0013] Ferner kann es in bestimmten Anwendungsfällen sinnvoll sein, nicht den Umgebungsdruck sondern den Druck direkt hinter der Drosseklappe als Referenzwert zu wählen. In diesem Fall wird der unmittelbar hinter der Drosselklappe gemessene statische Druck dem zweiten Drucksensor

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zugeführt.

[0014] Das Regelmodul kann derart konfiguriert sein, dass es aus dem Messwert des zweiten Drucksensors und dem Messwert des ersten Drucksensors einen Differenzwert bildet, der für die Regelung des Antriebs für das Drosselelement verwendet wird. Dieser Differenzdruck zwischen Umgebungsdruck und Druck im Bereich der Luftaustrittsöffnung ist entscheidend für die Strömungsgeschwindigkeit des Heizmediums innerhalb des Backraums und durch die Luftaustrittsöffnung hindurch.

[0015] Wie bereits erwähnt, kann das Regelmodul das Drosselelement derart regeln, dass ein konstanter Differenzwert gehalten wird. Das Regelmodul kann das Drosselelement aber auch auf einen variablen Differenzwert regeln. Beispielsweise kann es in bestimmten Zeitpunkten eines Backprogramms für bestimmte Teiglinge erwünscht sein, dass die Backatmosphäre über einen längeren Zeitraum unverändert bleibt. Dies kann z.B. unmittelbar nach der Beschwadung des Backraums mit überhitztem Wasserdampf der Fall sein. Wenn ein heißer Dampfschwaden dem Backraum zugeführt wird, kann es für das Backergebnis vorteilhaft sein, wenn die hohe Luftfeuchtigkeit für einen möglichst langen Zeitraum gehalten wird. In diesem Fall kann das Regelmodul das Drosselelement derart regeln, dass der Luftaustritt verschlossen wird. Zu anderen Zeiten des Backprogramms kann ein besonders schneller Austausch der Backatmosphäre erwünscht sein. Beispielsweise kann ein schneller Wechsel der Backtemperatur in einem bestimmten Zeitpunkt des Backprogramms förderlich sein. Dies lässt sich dadurch erreichen, dass die Drosselklappe vollständig geöffnet wird und hierdurch ein maximaler Zug in der Luftaustrittsöffnung des Backofens erzielt wird.

[0016] Als Drosselelement kann insbesondere eine schwenkbare Drosselklappe oder ein linear verschiebbarer Schieber verwendet werden. Drosselklappen werden bereits fertig eingebaut in Rohrabschnitten vertrieben, wobei sie mit elektrischen Antrieben und Differenzdruck-Messvorrichtungen versehen sind. Die Differenzdruck-Messvorrichtungen messen die Differenz zwischen dem Druck unmittelbar vor der Drosselklappe und unmittelbar hinter der

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Drosselklappe. Der Druckwert unmittelbar hinter der Drosselklappe kann allerdings durch die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums im Bereich der Drosselklappe beeinflusst sein. Deswegen wird für den Wert des Umgebungsdrucks bevorzugt, einen externen Drucksensor zum Beispiel am Gehäuse des Ofens anzuordnen.

[0017] Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb eines Backofens mit einem Backraum, welcher mit einer Austrittsöffnung versehen ist, durch die Gase aus dem Backraum entweichen können.

[0018] Zur Lösung der oben näher erläuterten Aufgabe wird zur Variation des Strömungsquerschnitts für die ausströmenden Gase ein im Bereich der Austrittsöffnung angeordnetes Drosselelement mit einem durch ein Regelmodul geregelten Antrieb betätigt, und ein erster Drucksensor, der auf der zum Backraum liegenden Seite des Drosselelements angeordnet ist, leitet ein Messsignal zum Regelmodul. Das Messsignal kann entweder über eine Druckleitung pneumatisch oder über einen Wandler, der den erfassten Druckwert in eine elektrische Größe umwandelt, und einen elektrischen Leiter elektrisch übertragen werden.

[0019] Auf der Grundlage des erfassten Messwerts kann ein beliebiger

Unterdruck im Bereich der Luftaustrittsöffnung durch das Regelmodul eingestellt werden.

[0020] In der Praxis kann ein zweiter Drucksensor auf der außerhalb des

Backraums liegenden Seite des Drosselelements ein Messsignal zum Regelmodul leiten. Vorzugsweise bildet das Regelmodul aus dem Messwert des zweiten Drucksensors und dem Messwert des ersten Drucksensors einen Differenzwert, der für die Regelung des Antriebs für das Drosselelement verwendet wird.

[0021] Wie weiter oben erwähnt, kann das Regelmodul das Drosselelement derart regeln, dass ein konstanter Differenzwert gehalten wird. Alternativ kann ein variabler Differenzwert erzielt werden, der über die Zeit des Backprogramms bestimmte Werte annimmt.

[0022] Die durch die Austrittsöffnung austretende Luft kann zu einem

Energie-Rückgewinnungsmodul geleitet werden. Die Austrittsöffnung des Backofens kann durch das Drosselelement im Wesentlichen dicht

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verschlossen werden. Auf diese Weise kann der Unterdruck im Bereich der Luftaustrittsöffnung praktisch auf Null gesetzt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0023] Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

[0024] Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Backofen mit Energie-Rückgewinnungsmodul.

[0025] Fig. 2 zeigt eine geschnittene Vorderansicht des sich an die Austrittsöffnung anschließenden Rohrabschnitts, in dem das Drosselelement angeordnet ist.

[0026] Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht des Drosselelements aus Fig. 2.

Ausfϋhrungsform(en) der Erfindung

[0027] In der Fig. 1 ist ein Handwerksbackofen 1 zu erkennen, der über ein

Abluftrohr 2 mit einem Energie-Rückgewinnungsmodul 3 gekoppelt ist. Der Backofen 1 besteht aus einer wärmeisolierten Wand, welche den Backraum abgrenzt. Weitere Bestandteile des Backofens 1 wie Heizvorrichtung, Gebläse, Schwadenapparat, Backofensteuerung etc. sind in den Zeichnungen nicht dargestellt.

[0028] An einer oberen hinteren Ecke des Backofens 1 ist eine Austrittsöffnung 4 angeordnet, an die sich ein Rohrstutzen 5 anschließt. Durch den Rohrstutzen 5 kann das Medium im Backraum des Backofens 1 , insbesondere die erhitzte Luft und erhitzter Wasserdampf, aus dem Backraum austreten. Das aus dem Backraum durch den Rohrstutzen 5 austretenden Heizmedium, insbesondere der heiße Dampfschwaden, wird durch das Abluftrohr 2 zu dem Energie-Rückgewinnungsmodul 3 geleitet, wo über Wärmetauscher thermische Energie aus dem gasförmigen Medium entnommen wird. Die thermische Energie wird insbesondere zur Aufheizung von Brauchwasser verwendet. Bei Backöfen, die mit ölbrennern oder Gasbrennern beheizt werden, kann dem Energie-Rückgewinnungsmodul zusätzlich das heiße Rauchgas des Brenners zugeführt werden. Dieses Gas wird in einem Rauchgaswäscher von Giftstoffen befreit. Ferner wird ihm ebenfalls thermische Energie zur Beheizung von Brauchwasser entzogen. Wie erwähnt, ist die Funktion

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eines derartigen Energie-Rückgewinnungsmoduls beispielsweise in dem deutschen Gebrauchsmuster DE 297 09 784 U1 beschrieben.

[0029] Auf den Rohrstutzen 5 ist ein Rohrabschnitt 6 aufgesetzt, der von den aus dem Backraum austretenden Gasen durchströmt wird und in dem als Drosselelement eine Drosselklappe 7 aufgenommen ist. Der Rohrabschnitt 6 mit der Drosselklappe 7 ist detailliert in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Die Drehstellung der Drosselklappe 7 wird durch einen elektrischen Antriebsmotor 8 eingestellt und verändert den Strömungsquerschnitt für die austretenden Gase.

[0030] Der Antriebsmotor 8 ist über ein angeflanschtes Regelmodul 9 geregelt. Das Regelmodul 9 weist zwei Signaleingänge 10,11 auf. Diesen Signaleingänge 10,11 können Signale von Drucksensoren zugeleitet werden. Der erste Drucksensor 12 (siehe Fig. 3) ist in Strömungsrichtung vor der Drosselklappe 7 angeordnet. Der Drucksensor 12 misst im Wesentlichen den Druck, der an der Austrittsöffnung des Backraums herrscht.

[0031] Der zweite Drucksensor 13 ist über eine Druckleitung 14 mit der Umgebung verbunden. Mit anderen Worten erfasst der zweite Drucksensor 13 die Druckwerte der Luft, welche den Backofen umgibt. Dieser Druckwert ist unabhängig von dem Sog, der aus dem Energie-Rückgewinnungsmodul 3 über das Abluftrohr 2 in dem Bereich hinter der Drosselklappe 7 erzeugt wird. Wie oben angesprochen, kann alternativ der Druckwert direkt hinter der Drosselklappe dem zweiten Drucksensor zugeführt werden.

[0032] Auf diese Weise ist es möglich, im Bereich der Austrittsöffnung 4 des Backofens 1 einen in Bezug auf den Umgebungsdruck konstanten Druckwert einzustellen.

[0033] Wie erwähnt, können in der Praxis an ein Energie-Rückgewinnungsmodul 3 mehrere Backöfen 1 angeschlossen werden. Die Drosselklappe 7 erlaubt eine konstante Einstellung des Unterdrucks im Bereich der Austrittsöffnung 4 jedes einzelnen dieser öfen, unabhängig von den Betriebsparametern der anderen öfen und unabhängig von den Betriebsparametern des Energie-Rückgewinnungs-moduls 3.

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[0034] Wird die Drosselklappe 7 in die Position rechtwinklig zur Rohrachse verschwenkt, wird der Rohrquerschnitt im Wesentlichen dicht verschlossen. Auf diese Weise kann in bestimmten Phasen des Backprogramms ein Austritt der Atmosphäre in den Backofen 1 vollständig unterbunden werden.

[0035] Genauso kann bei Bedarf ein erhöhtes Ausströmen der Gase aus dem Backofen 1 gefördert werden, indem die Drosselklappe 7 in eine die Rohrachse schneidende Ebene verschwenkt wird. Hieraus ergibt sich ein geringer Strömungswiderstand, durch den z.B. ein besonders schneller Austausch der Atmosphäre in dem Backraum des Ofens, z.B. zur Absenkung der Temperatur, erreicht werden kann.

[0036] Es wird darauf hingewiesen, dass die Zeichnungen die Erfindung lediglich erläutern, ihren Schutzbereich jedoch nicht einschränken. Anstelle der Drosselklappe 7 kann jedes geeignete Drosselelement verwendet werden. Beispielsweise kann ein Schieber eingesetzt werden, der den Querschnitt des Rohrabschnitts 6 mehr oder weniger weit abdeckt. Auch kann als Drosselelement ein blendenartiger Rohrverschluss verwendet werden, mit dem der Strömungsquerschnitt variiert werden kann.

[0037] Insbesondere zur Realisierung zeitlich variabler Unterdrücke im Bereich der Austrittsöffnung 4 des Backofens kann das Regelmodul 9 mit der Steuerung des Backofens gekoppelt werden. Die Backofen Backofensteuerung gibt dem Regelmodul 9 in Abhängigkeit von dem Backprogramm unterschiedliche Solldruckwerte vor. Die Solldruckwerte definieren vorzugsweise Differenzdrücke, d.h. den Wert des Unterdrucks, der im Bereich der Austrittsöffnung 4 gegenüber der den Ofen umgebenden Atmosphäre herrscht.

[0038] Bezugszeichenliste

1 Backofen

2 Abluftrohr

3 Energie-Rückgewinnungsmodul

4 Austrittsöffnung

5 Rohrstutzen

6 Rohrabschnitt

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7 Drosselelement, Drosselklappe

8 Antriebsmotor

9 Regelmodul

10 Signaleingang

11 Signaleingang

12 erster Drucksensor

13 zweiter Drucksensor

14 Signalleitung