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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Ofens, insbesondere
eines Küchen-Gar- oder
Backofens, bei dem ein in einem Garraum entstehender Wrasen über einen
Entlüftungskanal
der Umgebung zugeleitet wird, wobei der Wrasen im Bereich des Entlüftungskanals
einer katalytischen Behandlung in einem Katalysator unterzogen wird.
Des weiteren betrifft die Erfindung einen Ofen, insbesondere einen
Küchen-Gar-
oder Backofen.
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Öfen, in
denen dieses Verfahren durchgeführt
wird, haben die Aufgabe, die durch den Koch- bzw. Bratvorgang entstehenden
Gerüche
dadurch zu vermindern bzw. zu eliminieren, dass mittels eines Katalysators
eine chemische Umwandlung des Wrasens (d. h. des entstehenden Dunstes)
erfolgt. Unter Nutzung des Katalysators wird ein Oxidationsvorgang
ausgelöst,
wobei der beispielsweise mit Platin oder Palladium beschichtete
Katalysator bei einer gewissen Zündtemperatur
und beim Vorliegen einer ausreichenden Konzentration des umzusetzenden Bestandteils
im Wrasen den Oxidationsvorgang einleitet. Des weiteren kann durch
den Katalysator eine Reduzierung des CO-Anteils im Wrasen erreicht
werden. Um die Temperatur zu erreichen, ist also eine gewisse Mindesttemperatur
des Wrasens erforderlich.
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In
den meisten sich am Markt befindlichen Küchen-Garöfen ist ein Entlüftungssystem
mit einem Entlüftungskanal
vorhanden, mit dem es möglich
ist, Wasserdampf und Partikel, die während des Garens entstehen,
also den Wrasen, an die Umgebung abzugeben. Bei diesen Partikeln
kann es sich insbesondere um Fette und sonstige Bestandteile handeln,
die eine Geruchsbelästigung
darstellen. Der Wasserdampf entsteht infolge der Abgabe von Wasser
aus dem zu garenden Gut infolge der Temperatur im Garraum.
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Aus
energetischer Sicht ist die Abgabe von Wasserdampf aus dem Ofeninneren
negativ, da mit dem Dampf Wärmeenergie
aus dem Ofen abgegeben wird. Allerdings ist bei bestehenden Öfen die
Abgabe einer gewissen Menge Wasserdampf nicht vermeidbar.
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Um
den störenden
Effekt der Abgabe von Fett- und Geruchspartikeln aus dem Ofeninneren
zu vermeiden, eignet sich besonders gut der genannte Katalysator.
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Beispielsweise
aus der
DE 196 06
571 C2 ist ein Katalysator bekannt, der an einem Auslass
des Garraums angeordnet ist. Dabei ist eine Zusatzheizvorrichtung
in Form eines Rohrheizkörpers
zwischen Garraum und Katalysator vorgesehen, um den Wrasen zu erwärmen und
auf Zündtemperatur
zu bringen. Nachteilig ist, dass zur Erwärmung des Wrasens ein relativ
hoher Energieeinsatz erforderlich ist, was den Betrieb des Ofens
verteuert.
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Der
Betrieb des Katalysators erfordert einen höheren Energieeinsatz, der im
Bereich von zusätzlichen
10 % und mehr liegt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben
eines Ofens der eingangs genannten Art sowie einen Ofen so weiterzubilden,
dass in ökonomischerer
Weise der katalytische Prozess durchgeführt werden kann. Es sollen also
die Vorteile der Katalyse des Wrasens vollumfänglich genutzt werden, ohne
hierfür
den bislang üblichen
Mehraufwand an Energie investieren zu müssen.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe durch die Erfindung ist verfahrensgemäß dadurch
gekennzeichnet, dass der katalytisch zu behandelnde Wrasen durch einen
Wärmetauscher
geleitet wird, wobei der Wra sen in einem Niedertemperaturbereich
des Wärmetauschers
zwischen dem Eintritt des Wrasens in den Entlüftungskanal und dem Katalysator
erwärmt
wird und wobei der Wrasen in einem Hochtemperaturbereich des Wärmetauschers
zwischen dem Katalysator und dem Ende des Entlüftungskanals abgekühlt wird.
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Dabei
ist bevorzugt vorgesehen, dass der Wrasen in Strömungsrichtung des Wrasens hinter dem
Niedertemperaturbereich des Wärmetauschers und
vor dem oder in dem Katalysator erwärmt wird.
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Der
Ofen, insbesondere der Küchen-Gar- oder
Backofen, hat einen Garraum, der über einen Entlüftungskanal
für einen
im Garraum entstehenden Wrasen fluidisch mit der Umgebung in Verbindung steht,
wobei in dem Entlüftungskanal
ein Katalysator angeordnet ist, mit dem der im Garraum entstehende Wrasen
chemisch verändert
werden kann. Erfindungsgemäß zeichnet
sich der Ofen dadurch aus, dass in dem Entlüftungskanal in Strömungsrichtung des
Wrasens vor dem Katalysator ein Wärmetauscher angeordnet ist,
wobei der Wärmetauscher
einen Niedertemperaturbereich aufweist, der zwischen dem Eintritt
des Wrasens in den Entlüftungskanal und
dem Katalysator liegt, und einen Hochtemperaturbereich aufweist,
der zwischen dem Katalysator und dem Ende des Entlüftungskanals
liegt.
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Bevorzugt
ist in Strömungsrichtung
zwischen dem Ende des Niedertemperaturbereichs des Wärmetauschers
und dem Katalysator ein Heizelement angeordnet. Das Heizelement
kann mit Abstand vor dem Katalysator angeordnet sein. Es kann auch
mit dem Katalysator verbunden, insbesondere in den Katalysator integriert
sein.
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Der
Entlüftungskanal
kann einen Umlenkbereich aufweisen, in dem der Wrasen von einer
ersten Strömungsrichtung
in eine zweite Strömungsrichtung umgelenkt
werden kann. Dabei kann vorgesehen werden, dass die beiden Strömungsrichtungen
vor und hinter dem Umlenkbereich entgegengesetzt ausgerichtet sind.
Der Umlenkbereich kann in Strömungsrichtung
hinter dem Katalysator und vor dem Hochtemperaturbereich des Wärmetauschers
angeordnet sein.
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Der
Wärmetauscher
kann eine innere Kammer aufweisen, die von einer äußeren Kammer
umgeben ist. Beide Kammern können
von Wärmeleitelementen
durchsetzt werden, die bevorzugt aus Material mit guter Wärmeleitfähigkeit
bestehen. Die Wärmeleitelemente
können
zueinander parallel angeordnete Platten sein. Die beiden Kammern
können in
einem Schnitt senkrecht zur Strömungsrichtung des
Wrasens eine Rechteckform aufweisen.
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Eine
Ausgestaltung sieht vor, dass der Entlüftungskanal oberhalb des Garraums
angeordnet ist. Er kann eine Einlassöffnung für den Wrasen und eine Auslassöffnung für den Wrasen
aufweisen, wobei die Einlassöffnung
im Bodenbereich des Entlüftungskanals
angeordnet ist. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Einlassöffnung und
die Auslassöffnung
des Entlüftungskanals
bezogen auf die Gesamtabmessungen des Entlüftungskanals nahe beieinander
angeordnet sind, höchstens
im Abstand von 20 % der Länge
des Entlüftungskanals.
Die Einlassöffnung kann
unmittelbar an den Garraum angrenzen.
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Um
den Strom des Wrasens durch den Entlüftungskanal und durch den Katalysator
gezielt zu beeinflussen, sieht eine Weiterbildung schließlich vor,
dass Mittel zur Erzeugung einer Luftströmung im Entlüftungskanal
vorhanden sind; hierbei handelt es sich namentlich um einen Ventilator.
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Mit
der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird
es möglich,
den Wrasen effizient einer katalytischen Reaktion zu unterziehen
und damit die oben genannten Nachteile eines unbehandelten Wrasens zu
vermeiden. Damit wird ein sehr großer Anteil der störenden Gerüche und
Dünste
des Wrasens chemisch umgewandelt und so die Geruchsbelästigung beim
Kochen und Braten reduziert.
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Dennoch
ist nur ein geringer Mehraufwand an Energie nötig, um die Katalyse durchzuführen, was
durch den erfindungsgemäßen Wärmetauschvorgang
erreicht wird.
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 schematisch
die Seitenansicht eines Garofens im Schnitt,
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2 eine
vergrößerte Darstellung
des Entlüftungskanals
des Ofens in der Seitenansicht und
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3 den
Schnitt A-B gemäß 2.
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1 zeigt
einen Garofen 1, der einen Garraum 2 (Ofenmuffel)
aufweist, in dem das zu garende Gut untergebracht ist. Nicht dargestellt
sind elektrische Heizelemente, die im Inneren des Garraums 2 angeordnet
sind, mit denen das zu garende Gut erhitzt wird. Der Garraum 2 ist
durch eine Tür 16 in
bekannter Weise verschließbar.
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Oberhalb
des Garraums 2 ist ein Entlüftungskanal 3 angeordnet. Über diesen
kann Wrasen aus dem Garraum 2 in die Umgebung U abgeleitet
werden. Der Entlüftungskanal 3 leitet
den Wrasen von einer Einlassöffnung 14 entlang
eines Strömungsweges
durch einen Katalysator 4 zu einer Auslassöffnung 15 in
die Umgebung U. Der Bereich der Auslassöffnung 15 stellt das
Ende 8 des Entlüftungskanals 3 dar.
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Wie
es am besten aus 2 ersichtlich ist, wird der
zu katalysierende und an die Umgebung U abzuleitende Wrasen durch
den Entlüftungskanal 3 geführt. 2 zeigt
die Elemente, die hier für
eingesetzt werden.
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Kernstück des erfindungsgemäßen Entlüftungskanals 3 ist
ein Wärmetauscher 5,
der einen Niedertemperaturbereich 6 und einen Hochtemperaturbereich 7 aufweist.
Die beiden Temperaturbereiche 6, 7 werden durch
koaxial zueinander angeordnete Kammern 11 und 12 gebildet,
wie sie aus der Schnittdarstellung gemäß 3 ersichtlich
sind. Die innere Kammer 11 bildet den Niedertemperaturbereich 6,
die äußere Kammer 12 den
Hochtemperaturbereich 7.
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Wie
anhand der Strömungspfeile
in 2 gesehen werden kann, wird der Wrasen aus dem Garraum über die
Einlassöffnung 14 in
den Entlüftungskanal 3 eingeleitet.
Er strömt
in Pfeilrichtung durch die innere Kammer 11 des Wärmetauschers 4 und über ein
Heizelement 9 zum Katalysator 4, in dem der oben
erläuterte
katalytische Prozess durchgeführt
wird. Der Wrasen wird also mittels des Heizelements 9 derart
erhitzt, dass zumindest die Zündtemperatur
vorliegt, die benötigt
wird, um im Katalysator 4 den Wrasen chemisch umzuwandeln.
Liegt die Zündtemperatur
vor, beginnt der Oxidationsprozess im Katalysator 4, so
dass Geruchspartikel und Fettpartikel im Wrasen aufgespalten und
chemisch umgewandelt werden, wie es als solches im Stand der Technik
bekannt ist.
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Vom
Katalysator 4 aus gelangt der behandelte Wrasen in einen
Umlenkbereich 10 des Entlüftungskanals 3, in
dem der Wrasen um 180° umgelenkt
wird. Er strömt
anschließend
in Richtung Auslassöffnung 15,
wobei er die äußere Kammer 12 des Wärmetauschers 5 passiert.
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Beim
Durchströmen
der inneren bzw. der äußeren Kammer 11, 12 kommt
es zu einem Wärmetausch:
Da der Wrasen durch das Heizelement 9 aufgeheizt wird,
hat er im Bereich der äußeren Kammer 12 eine
höhere
Temperatur als vor dem Heizelement 9 im Bereich der inneren
Kammer 11; im Bereich der inneren Kammer kommt der Wra sen
im wesentlichen mit der Temperatur an, die im Garraum herrscht.
Die innere Kammer 11 stellt damit einen Niedertemperaturbereich 6 dar,
während
die äußere Kammer 12 einen
Hochtemperaturbereich 7 bildet.
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Durch
die Wärmeleitelemente 13 (s. 3) aus
gut wärmeleitendem
Material, die beide Kammern durchsetzen, kommt es zu einem Wärmetausch
zwischen den Kammern 11, 12, d. h. ein Wärmestrom
fließt
von dem Hochtemperaturbereich 7 also von der äußeren Kammer 12,
in den Niedertemperaturbereich 6, also in die innere Kammer 11.
Dadurch kühlt
der Wrasen in der äußeren Kammer 12 ab,
bevor er in die Umgebung U gelangt. Die in die Kammer 11 und
auf den sich hierin befindlichen Wrasen übertragene Wärme erhitzt
den Wrasen in der Kammer 11, sodass weniger Energie erforderlich
ist (aufzubringen von dem Heizelement 9), um den zu katalysierenden
Wrasen auf die Schwellentemperatur zu erhitzen, bei der die Katalyse
einsetzt.
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Der
Wirkungsgrad des Wärmetauschers
bestimmt, welcher Energiebetrag für das Vorheizen des Wrasens
vor der Katalyse aus der Abluft in der Kammer 12 genutzt
werden kann, woraus sich die Wirtschaftlichkeit des Systems ergibt.
Die Auslasstemperatur des Wrasens liegt zwischen der Temperatur
des Wrasens im Garraum 2 (d. h. im Bereich der inneren Kammer 11)
und derjenigen nach der Erhitzung durch das Heizelement 9.
Mit steigendem Wirkungsgrad des Wärmetauschers 5 fällt die
Temperatur im Wrasen hinter der äußeren Kammer 12 ab.
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Die
Einlassöffnung 14 und
die Auslassöffnung 15 sind
voneinander nur wenig beabstandet. Der Abstand a ist in 2 eingetragen
und beträgt weniger
als 20 % der Länge
L des Entlüftungskanals 3.
Damit wird eine kompakte Bauform des Entlüftungskanals 3 erreicht,
die einen optimalen Wärmetausch
gewährleistet.
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Gegebenenfalls
können
auch – nicht
dargestellte – Filterelemen te
in den Strömungsweg
des Wrasens durch den Entlüftungskanal 3 integriert
werden.
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Die
vorgeschlagene vorrichtungsgemäße Ausgestaltung
ist einfach und damit kostengünstig
zu realisieren.
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Durch
den vorgesehenen Wärmetausch
zwischen den beiden Kammern 11, 12 des Wärmetauschers 5 kann
ein maßgeblicher
Teil derjenigen Energie eingespart werden, der zur Erhitzung des
Wrasens auf die Schwellentemperatur erforderlich ist, um den katalytischen
Prozess im Katalysator 4 durchführen zu können.
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- 1
- Ofen
(Küchen-Gar-
oder Backofen)
- 2
- Garraum
- 3
- Entlüftungskanal
- 4
- Katalysator
- 5
- Wärmetauscher
- 6
- Niedertemperaturbereich
- 7
- Hochtemperaturbereich
- 8
- Ende
des Entlüftungskanals
- 9
- Heizelement
- 10
- Umlenkbereich
- 11
- innere
Kammer
- 12
- äußere Kammer
- 13
- Wärmeleitelement
- 14
- Einlassöffnung
- 15
- Auslassöffnung
- 16
- Tür
- U
- Umgebung
- a
- Abstand
- L
- Länge