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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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In der
US 4 481 404 A ist ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 beschrieben. Ein weiteres Verfahren ist aus der
DE 600 06 756 T2 bekannt.
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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 Wrasen 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 hierfür 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 Wrasen 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, so dass 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 – Filterelemente 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.
