DE3700136A1 - Verfahren zum pyrolitischen reinigen eines backofens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum pyrolytischen Reinigen eines Backofens, der bis auf eine maximale Pyrolysetemperatur aufgeheizt und auf dieser eine zeitlang gehalten wird.

Zur Pyrolyse ist es bekannt, einen Heizkörper eines Backofens kontinuierlich bis zur Pyrolysetemperatur aufzuheizen, bei Er­ reichen derselben ihn thermostatisch aus- und einzuschalten, ein Gebläse einzuschalten, das dann über einen Drehschalter, der im Gebläsestrom angeordnet ist, unabhängig davon eingeschaltet bleibt, daß der es ursprünglich einschaltende Termostat wieder umschaltet, bis das Gebläse durch einen weiteren, im Leitungs­ weg des Drehschalters liegenden Thermostat bei tieferer Tem­ peratur abgeschaltet wird. Es ist weiterhin bekannt, die Reqe­ lung des Aufheizvorganges durch Messung der Temperatur im oder hinter dem Katalysator vorzunehmen und, wenn die Temperatur an der Meßstelle zu hoch wird, die Aufheizung zu unterbrechen, bis die Temperatur wieder hinreichend abgesunken ist. Die zum Schalten verwendete gemessene Temperatur ist zu Beginn des Reinigungsvorganges wesentlich abhängig von der Temperatur des Katalysators, so daß die Heizung des Backofens zeitweise abge­ schaltet wird, ohne daß dies möglicherweise notwendig wäre. Darüber hinaus wird durch das Ein- und Ausschalten, also Takten des Aufheizvorganges und das zwischenzeitlich jeweils erfolgen­ de Abkühlen der Aufheizvorgang unnötig verlängert. Weiterhin ist es bekannt, das Aufheizen der Pyrolyse bis zur Pyrolyse­ temperatur mit einer Aufheizgeschwindigkeit vorzunehmen, die geringer ist als beim Backvorgang, um eine Selbstentzündung und eine Polimerisation zu vermeiden und stattdessen ein lang­ sames Ausbrennen von Verunreinigungen zu erzielen. Hierzu werden Back- und Frontheizkörper in Reihe geschaltet, so daß der durch sie bewirkte Widerstand größer, damit der Stromdurch­ fluß und die Heizleistung geringer ist. Auch dieses Verfahren bietet den Nachteil einer überlangen Dauer des gesamten Reinigungsvorganges.

Bei der pyrolytischen Reinigung eines Backofens besteht, wie auch aus Vorstehendem ersichtlich, die folgende Problematik: Führt man eine pyrolytische Reinigung derart sorgfältig durch, daß die Gefahr der Selbstentzündung vermieden und ein vollstän­ diges Verbrennen der Abgase und eine Vermeidung von Polymeri­ sationen, wodurch sich lackartige Ablagerungen auf der Back­ ofeninnenwand bilden können, erreicht wird, so dauert die ge­ samte pyrolytische Reinigung eine erhebliche Zeit. Dieser Nach­ teil verstärkt sich insbesondere bei einer katalytischen Nach­ verbrennung von Abgasen aus dem Backofen, da der Katalysator einerseits ebenfalls aus Gründen der Vermeidung einer Selbst­ entzündung der Gase in ihm andererseits zur Vermeidung des Austretens nicht vollständig verbrannter und daher riechender Gase in die Umgebung nicht überfordert werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum pyrolytischen Reinigen eines Backofens anzugeben, das einerseits sicherstellt, daß riechende Abgase etc. von einem Katalysator vollständig nachverbrannt werden können, andererseits den ge­ samten Pyrolysevorgang dennoch möglichst kurz gestaltet.

Zur Lösung der Aufgabe sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, daß die Aufheizung zunächst bis auf eine unter der Pyro­ lysetemperatur liegende Zwischentemperatur mit geringerer Leistung als das anschließende Weiterheizen ab dieser Zwischen­ temperatur erfolgt. Die Erfindung schlägt also vor, zunächst bis zu einer gewissen Zwischentemperatur nur ein langsames Auf­ heizen mit gedrosselter Leistung vorzunehmen und ab dieser Zwischentemperatur dann den Aufheizvorgang bis zur maximalen Pyrolysetemperatur mit vollständiger und hoher Leistung weiter­ zuführen. Die Erfindung geht dabei zunächst davon aus, daß bei konstanter Heizleistungszufuhr der Gradient der Temperaturer­ höhung zunächst hoch ist und sich dann reduziert, da aufgrund höherer Wärmeverluste an die Umgebung bei höherer Temperatur ein bestimmter Energiebetrag nur eine geringere Temperaturer­ höhung bewirkt bzw. zur Erzielung einer gleichen Temperaturer­ höhung auf einem höheren Temperaturniveau eine größere Energie­ zufuhr erforderlich ist. Hieraus ergibt sich, daß bei großer Heizleistungszufuhr die schnelle Temperaturerhöhung und damit die schnelle Verbrennung von Ablagerungen, wie Fetten und der­ gleichen im Backofen sowie hierdurch bedingt eine Überforderung eines nachgeschalteten Katalysators dahingehend, daß er im Ofen durch nicht vollständige Verbrennung entstehende Abgase nicht insgesamt nachverbrennen kann, nur bis zu einer mittleren Zwischentemperatur von in der Größenordnung 300 bis 400 Grad C gegeben ist. Auch nur bis zu dieser Temperatur verbrennen die Fette unvollständig, während sie bei höheren Temperaturen dann vollständig verbrennen bzw. vergast werden, so daß bei höheren Temperaturen die katalystische Nachverbrennung auch nicht mehr erforderlich ist. Gerade aber bei höheren Temperaturen von dem vorgenannten Zwischentemperaturwert bis zur maximalen Pyrolyse­ temperatur, auf der dann die Temperatur im Backofen noch über eine gewisse Zeit konstant aufrechterhalten werden soll, re­ duziert sich bei gleicher Heizleistung gegenüber dem Aufheizen von Zimmertemperatur bis zu dem vorgenannten Bereich erheblich der Temperaturgradient, so daß durch diesen Aufheizbereich die lange Pyrolysedauer bedingt ist. Diese Nachteile vermeidet die Erfindung dadurch, daß sie zunächst langsam aufheizt, indem der Aufheizvorgang nur mit geringer Leistung erfolgt, so daß ein nachgeschalteter Katalysator nicht überlastet wird. Erst wenn eine Temperatur erreicht ist, bei der keine unvollständige Ver­ brennung, sondern ein vollständiges Vergasen der Ablagerungen möglich ist, erfolgt eine erhöhte Leistungszufuhr, so daß die Zeit bis zum Erreichen der maximalen Pyrolysetemperatur gegen­ über einem ungesteuerten Aufheizen reduziert wird. Die maximale Pyrolysetemperatur wird im übrigen im Bereich zwischen 450 und 500 Grad C gewählt, da oberhalb dieser Temperatur die Email­ schutzauskleidung eines Backofens erweicht bzw. zu schmelzen anfängt.

Das Aufheizen von Umgebungstemperatur bis zur Zwischentempera­ tur kann insbesondere dadurch erfolgen, daß eine ungeglättete Halbwellengleichrichtung mittels einer Diode erfolgt. Hierdurch wird gegenüber einer Zufuhr des Heizwechselstroms ohne eine derartige Gleichrichterdiode lediglich die halbe Leistung den Heizkörpern zugeführt und dadurch die langsame Aufheizge­ schwindigkeit erreicht. Dies ist auch im Hinblick darauf wichtig, daß die spezifische Oberflächenbelastung der Heiz­ körper so gering bleibt, daß sie nicht glühen, was ebenfalls zur Vermeidung einer Verpuffung beiträgt. Zur Vermeidung einer Überlastung insbesondere des Ringheizkörpers für die Umluft, kann auch ein Mitlaufen des ihm zugeordneten Gebläses bei­ tragen. Nach Erreichen der Zwischentemperatur kann dann mittels eines Thermoschalters ein weiterer Stromweg zu den zunächst über die Diode in den Heizkreislauf geschalteten Heizkörpern geöffnet werden. Soweit die Heizkörper in Reihenschaltung ver­ bunden waren, können sie grundsätzlich parallel geschaltet werden. Alternativ oder zusätzlich können zunächst bis zur Zwischentemperatur nur ein Teil der gesamten Heizkörper des Backofens in den Heizungskreis und ab der Zwischentemperatur mehr oder sämtliche Heizkörper eingeschaltet werden.

Es ist bekannt, bei der pyrolytischen Reinigung die Backofen­ tür eines Backofens zu verriegeln. Die Erfindung sieht daher in bevorzugter Weiterbildung vor, daß das Weiterheizen der Zwischentemperatur erst nach Verriegeln der Backofentür er­ folgt. Die Verriegelung kann dabei über einen Thermoschalter bei einer Temperatur erfolgen, die unter der Zwischentemperatur, ab der das schnelle Aufheizen stattfindet, liegt. Bei geöffne­ ter Verriegelung ist ein Sicherheitsschalter im Heizungskreis, der in vorstehend erläuterten Weise zunächst in Reihe ge­ schaltete Heizkörper parallel schaltet und/oder im Kreis zu­ sätzliche Heizkörper liegt, zunächst geöffnet und wird durch den Verriegelungsvorgang selbst geschlossen. In Reihe mit diesem Sicherheitsschalter ist dann der thermostatisch durch Erreichen der Zwischentemperatur gesteuerte Schalter angeordnet. Hierdurch wird dann erreicht, daß das schnelle Aufheizen in der beschriebenen Weise nur bei Verriegelung der Tür und Er­ reichen der Zwischentemperatur erfolgt. Eine Weiterbildung sieht nach Erreichen der maximalen Pyrolysetemperatur vor, daß zum Aufrechterhalten der Pyrolysetemperatur ein Teil der Heiz­ leistung permanent zugeführt wird und ein weiterer Teil der Heizleistung thermostatisch ein- und ausgeschaltet wird. Da es schwierig ist, dem Backofen ungeregelt genau die Heizleistung zuzuführen, die zur Aufrechterhaltung der Pyrolysetemperatur ausreicht, wobei diese Heizleistung auch von Umgebungsbedin­ gungen abhängt, ist es bekannt, zur Aufrechterhaltung der Pyro­ lysetemperatur thermostatisch einen Heizkörper bei Über­ schreiten eines vorgegebenen Temperaturwerts auszuschalten und bei Unterschreiten des Temperaturwerts - unter Berücksichtigung von Schalttoleranzen - wieder einzuschalten, da dies zu einem erheblichen Takten führt, wodurch einerseits der Heizkörper belastet wird, andererseits aufgrund der Trägheit des Heizvor­ ganges die Temperatur erheblich um die gewünschte Pyrolysetem­ peratur schwankt, sieht die Erfindung vor, daß permanent eine Heizleistung aufgebracht wird, die auch unter günstigsten Be­ dingungen geringfügig unterhalb der zur Aufrechterhaltung der Pyrolysetemperatur liegenden Leistung liegt und lediglich eine geringe zusätzliche Heizleistung thermostatisch zur Aufrecht­ erhaltung der Pyrolysetemperatur ein- und ausgeschaltet wird. Hierdurch wird vermieden, daß der größte Teil der Heizkörper bei der Pyrolysetemperatur getaktet wird. Es kann eine längere Lebensdauer der Heizkörper erreicht werden. Außerdem wird durch das Ein- und Ausschalten nur einer Teil-Heizleistung der Tem­ peraturverlauf geglättet und die Temperaturschwankungen werden reduziert.

Beim Aufheizen dehnen sich die Gase im Backofeninneren aus, zusätzlich entstehen durch den Verbrennungsvorgang neue Gase, so daß, wenn diese nicht zwangsweise abgeführt werden, schon bei niedrigen Temperaturen ein Überdruck entsteht, der durch Undichtigkeiten bei Steckdosen für einen Pizza-Stein, den Grill, einen Drehspieß oder dergleichen ohne Reinigung durch den Katalysator in die Umgebung gerät. Es ist daher nach­ teilig, Gase aus dem Backofeninneren saugendes Gebläse erst bei Erreichen der Pyrolysetemperatur einzuschalten, wie dies zum Teil im Stande der Technik gemacht wird. In bevorzugter Ausgestaltung sieht daher die Erfindung vor, daß während des Aufheizens Abgase aus dem Inneren des Backofens abgesaugt werden. Die Absaugung wird vorzugsweise mit Einschaltung des Pyrolyseprogramms eingeschaltet, so daß sie ab dem Aufheizen mitläuft. Die Erhöhung des Gasdruckes beim Aufheizen ist nicht über den gesamten Aufheiz und Pyrolysevorgang gleichmäßig. Durch Versuche kann die Leistung des Absauggebläses derart ein­ gestellt werden, daß permanent ein geringer Unterdruck herrscht, da die Absaugung nicht zu stark sein darf, damit noch eine hinreichende Verweilzeit der Abgase im Katalysator gegeben ist. In äußerst bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß ein Unterdruck bis 1 mm Wassersäule aufrechterhalten wird. Zunächst beim Einschalten des Pyrolysevorgangs und Einschalten des Ge­ bläses wird im Backofeninneren ein Unterdruck von etwa 1 mm Wassersäule erzeugt, der während des Verbrennungsvorganges als Unterdruck zunächst bis nahe auf Null abnimmt, womit also nahezu eine Atmosphäre (at) im Backofeninneren vorliegt und schließlich zum Ende der Pyrolyse hin, wenn der Backofen voll­ ständig gereinigt ist und keine neuen Verbrennungsgase mehr entstehen, wieder auf 1 mm Wassersäule Unterdruck zunimmt. Die Absaugung wird vorzugsweise derart vorgenommen, daß ein Kühlge­ bläse einen Teil der von ihm angesaugten Luft aus der Back­ ofenmuffel ansaugt, während es den Hauptteil der Luft aus der Umgebung erhält. Die gesamte Zeitdauer der Pyrolyse wird im übrigen in herkömmlicher Weise über einen Zeitschalter vorpro­ grammiert.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der die Erfindung unter Be­ zugnahme auf Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:

Fig. 1 Eine schematische Darstellung des Verlaufs der Heizungszufuhr während der Pyrolysezeit;

Fig. 2 die Darstellung der zugehörigen Temperaturer­ höhung; und

Fig. 3 ein Blockschaltbild für eine bevorzugte Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ein typischer Backofen, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wird, weist beispielsweise einen Grillheizkörper mit einer Leistung von 2000 Watt, einen Ringheizkörper um einen Ventilator zum Backen mit Umluft von 2300 Watt, je einen Heiz­ körper für Ober- und Unterhitze mit je einer Leistung von 1100 Watt, eine Frontheizung von 800 Watt und eine Katalysator­ heizung von 150 Watt auf. Beim Einschalten des Pyrolysevorgan­ ges werden zunächst der Grillheizkörper und der Ringheizkörper über eine Diode eingeschaltet, die die Leistung gegenüber der normalen Heizleistung beider Heizkörper halbiert, so daß eine Heizleistung zum Aufheizen des Backofens von 2150 Watt einge­ schaltet wird. Gleichzeitig wird die Katalysatorheizung, zur Durchführung der katalytischen Nachverbrennung eingeschaltet (Fig. 1). Diese Leistungszufuhr wird zunächst konstant auf­ rechterhalten. Nach etwa 45 Minuten wird im Backofen eine Tem­ peratur von 330 Grad C erreicht. Bei dieser Temperatur wird die Tür verriegelt. Hierzu schaltet ein Thermostat eine Verriege­ lungseinrichtung beispielsweise mittels eines Elektromagneten ein. Mit der Türverriegelung ist ein Schalter in einem Strom­ kreis verbunden, in dem weitere Heizkörper liegen. In diesem Stromkreis ist ebenfalls ein weiterer Thermostat angeordnet, der bei einer Temperatur von etwa 360 Grad C im dargestellten Ausführungsbeispiel, die nach etwa 50 Minuten erreicht wird (Fig. 2), schaltet. Zu diesem Zeitpunkt werden dann außer den obengenannten Heizelementen auch der Frontheizkörper mit 800 Watt und in Reihe geschaltete Heizkörper für Ober- und Unter­ hitze, die in dieser Schaltungsweise eine weitere Heizleistung von 550 Watt ergeben, also insgesamt 1350 Watt zugeschaltet, so daß die weitere Aufheizung von 360 Grad C ab mit einer Leistung von 3500 Watt zuzüglich der Leistung des Katalysator­ widerstandes erfolgt. Die Pyrolysetemperatur liegt beispiels­ weise bei 485 Grad. Bei Erreichen dieser Temperatur beginnt der Regler zu arbeiten. Es werden außer Ober- und Unterhitze sowie Katalysator mit 550+150 Watt die restlichen Heizkörper mit einer Leistung 2950 Watt (2150 Watt von Grill- und Ringheiz­ körper über Diode sowie Frontheizkörper mit 800 Watt) ein- und ausgeschaltet. Die Ober- und Unterhitze im Dauerbetrieb bewirkt eine weitgehend gleichmäßige Innentemperatur, so daß durch das Ein- und Ausschalten der weiteren Heizkörper die Temperatur im Backofen nur mit geringen Amplituden schwankt. Nach Ablauf der Pyrolysezeit wird in ansich bekannter Weise der Heizvorgang unterbrochen, während mindestens ein Gebläse weiter läuft. Bei Unterschreiten einer Temperatur von 330 Grad C wird die Tür ebenfalls in an sich bekannter Weise wieder entriegelt. Durch das erfindungsgemäße Vorgehen wird ein notwendiges langsames Aufheizen zum zunächst Verbrennen von Ablagerungen bis zur Tem­ peratur von 360 Grad C und danach ein schnelles Aufheizen zum Vergasen bis zur optimalen Pyrolysetemperatur von 485 Grad er­ reicht. Während ein Unterdruckgebläse beim gesamten Pyrolyse­ vorgang mitläuft, kann zusätzlich ein Kühlgebläse je nach Be­ darf ein- oder ausgeschaltet werden oder langsam oder schneller mitlaufen.

Die maximale Aufnahmeleistung bei der Pyrolyse beträgt im dar­ gestellten Ausführungsbeispiel nahezu 3700 Watt.

Die Fig. 3 zeigt ein prinzipielles Schaltbild einer Aus­ führungsform zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Weitere Schaltstellungen, Schaltelemente etc. zur Durchführung der Backprogramme sind nicht dargestellt. Gleiches gilt für einen Kühllüfter, der separat über einen Thermoschalter ge­ steuert wird.

Der Pyrolysevorgang wird eingeschaltet durch Einstellen der Zeitdauer über einen Uhr-Schalter mit einem Uhrenkontakt UK und Vorwahl des Programms P "Pyrolyse" an einem Programmwahl­ schalter des Backofens, wodurch der Schalter P der Fig. 3 ge­ schlossen wird. Voraussetzung des Einsetzens des Pyrolysevor­ gangs ist weiterhin das Schließen der Tür, wodurch ein Türkon­ takt TK betätigt wird, der einerseits damit die zu den Heiz­ körpern führende Stromleitung schließt und andererseits einen Schalter in einer Stromleitung zu einem Motor für die Türver­ riegelung MV schließt, wobei aber noch ein zusätzlicher thermo­ statischer Schalter in dieser Leitung zu MV vorhanden ist. Durch das Schließen der Kontakte P, UK und TK in Reihe wird der Stromfluß zu den hinter einer Diode D angeordneten und parallel zueinander geschalteten Ring- und Grillheizkörpern "Ring" und "Grill" hergestellt, so daß diese dem Backofen aufzuheizen be­ ginnen. Die Fig. 3 zeigt die Schaltungsstellung nach Ein­ schalten der Pyrolyse, weiterhin sind der Katalysator KAT sowie der Heißluftmotor MHL eines Heizlüfters eingeschaltet, letz­ terer über einen Vorwiderstand RV. Ein den Frontheizkörper F, die Heizkörper für Ober- und Unterhitze O, U schaltender Schalt­ kontakt, ist zunächst noch geöffnet. Bei 330 Grad schaltet der erste Thermostat N ₁ eines Stabreglers N und schließt die Zuleitung für den Motor für die Türverriegelung MV. Dieser verriegelt dann die Backofentür und hält sie geschlossen. Gleichzeitig wird, schematisch angedeutet, bei Einfallen der Türverriegelung ein Türverriegelungskontakt mv geschlossen, der in der Stromzufuhr zu den Heizkörpern F, O und U liegt. Diese werden in den Stromkreislauf allerdings erst einge­ schaltet, wenn ein zweiter Thermostat N ₂ des Stabreglers N bei 360 Grad einen weiteren Kontakt in der Zuleitung zu F, O und U schließt. Ab 360 Grad C heizen dann alle Heizkörper.

Wenn die Backofeninnentemperatur beim dargestellten Ausführungs­ beispiel 485 Grad C erreicht, werden durch den dritten Thermo­ stat N 3 des Stabreglers N Ring-, Grill- und Frontheizkörper "Ring", "Grill", F ausgeschaltet, so daß das Weiterheizen nur über die Heizkörper für Oberhitze und Unterhitze O, U erfolgt. Der Katalysator KAT bleibt ebenfalls weiter eingeschaltet. Wenn die Temperatur wieder unten dem Wert der Pyrolysetem­ peratur 485 Grad C fällt, schaltet der Thermostat N ₃ Ring­ heizkörper, Grillheizkörper und Frontheizkörper wieder zu. Diese Heizkörper werden durch den Thermostat N 3 abwechselnd zu- und ausgeschaltet, bis der gesamte Pyrolysevorgang und der zu Be­ ginn erfolgte Zeiteinstellung abgeschlossen ist und der Uhren­ kontakt UK aufgrund Ablauf der voreingestellten Zeit geöffnet wird. Der eingangs erwähnte, nicht im einzelnen dargestellte Kühllüfter läuft weiter, bis die Temperatur im Backofen unter einen ihm zugeordneten Wert fällt und ein entsprechender Thermo­ stat ihn abstellt. Die Türverriegelung wird erst wieder ge­ öffnet, wenn die Backofentemperatur unter 330 Grad C fällt durch Öffnen des entsprechenden vom Thermostat N ₁ gesteuerten Kon­ takts.

Vorstehend genannte Zeiten, Temperaturen, Leistungswerte sowie die Schaltungsweise der einzelnen Heizkörper wurden nur bei­ spielhaft als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung genannt. Abweichungen hiervon sind insbesondere im weiter oben­ genannten Rahmen bezüglich der Temperaturbereiche möglich.

Claims (7)

1. Verfahren zum pyrolytischen Reinigen eines Backofens, der bis auf eine maximale Pyrolysetemperatur aufgeheizt und auf dieser eine zeitlang gehalten wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Aufheizung zunächst bis auf eine unter der Pyrolysetemperatur liegende Zwischentemperatur mit geringerer Leistung als das anschließende Weiterheizen ab dieser Zwischentemperatur erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufheizen bis zur Zwischentemperatur der Heiz-Wechselstrom den Heizkörpern über eine Diode zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Weiterheizen der Zwischentemperatur erst nach Ver­ riegeln der Backofentür erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Backofentür bei einer Verriegelungstemperatur unterhalb der Zwischentemperatur verriegelt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufrechterhalten der Pyrolysetem­ peratur ein Teil der Heizleistung permanent zugeführt wird und ein weiterer Teil der Heizleistung thermostatisch ein- und ausgeschaltet wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des Aufheizens Abgase aus dem Inneren des Backofens abgesaugt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Backofen Unterdruck bis zu 1 mm Wassersäule aufrechter­ halten wird.