DE10107086A1 - Backofen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen durch Brennstoff, insbesondere mittels Öl- oder Gasbrenner beheizten Backofen (1). Erfindungsgemäß zeichnet sich der Backofen (1) dadurch aus, dass den noch heißen Kessel- bzw. Brennerabgasen (9) durch eine Wärmetauscheinrichtung (5) ein Teil der enthaltenen Abwärme entzogen werden kann, bevor die Abgase (9) in den Kamin (8) eingeleitet werden. Die den Abgasen (9) entzogene Abwärme kann anschließend wieder einer energetischen Nutzung zugeführt, insbesondere in die Backatmosphäre (6) eingeleitet werden. DOLLAR A Mit dem erfindungsgemäßen Backofen lässt sich die eingesetzte Heizenergie vollständiger ausnutzen, der Nutzungsgrad des Backofens steigt aufgrund der verringerten Erholungsdauer zwischen den einzelnen Beladungen mit Backwaren, die Emissionen des Backofens werden signifikant reduziert, und es lassen sich Temperaturschwankungen der Backatmosphäre besser glätten, wodurch sich die Qualität der Backware verbessert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Backofen mit Brennstoffbeheizung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Backöfen der eingangs genannten Art werden vorwiegend, jedoch kei­ neswegs ausschließlich, als Backöfen im gewerblichen Bereich einge­ setzt. Solche Backöfen werden häufig, insbesondere wegen der damit verbundenen geringeren Energiekosten nicht elektrisch, sondern durch die Verfeuerung eines Brennstoffs beheizt. Bei gattungsgemäßen Back­ öfen kommen hierzu im allgemeinen mit Öl bzw. Gas befeuerte Heizkes­ sel oder Brennräume zum Einsatz, aus denen die Wärme mittels der heißen Verbrennungsgase (direkt beheizt) oder über einen zusätzlichen, zwangsumgewälzten Wärmeträger wie beispielsweise Thermoöl (indirekt beheizt) auf die Herde des Backofens übertragen wird.

Zur Wärmeerzeugung werden dem Heizkessel bzw. dem Brenner in bekannter Weise Brennstoff und Frischluft zugeführt und es wird hieraus durch die Verbrennung im Brennraum Wärme erzeugt. Die Wärme wird anschließend mittels der Verbrennungsgase oder über Thermoöl dem Backraum bzw. den Herden des Backofens zugeführt. Die Verbrennungs­ gase werden, nach Wärmeabgabe an die Herde des Backofens oder an das Thermoöl, als Abgase einem Kamin zugeführt, über den sie ins Freie entweichen.

Nachteilig hierbei ist, dass die Verbrennungsgase keineswegs ihre gesamte Wärmeenergie an die Backofenherde oder an das Thermoöl abgeben, sondern dass vielmehr stets ein Teil der an sich nutzbaren Wärmeenergie über das noch heiße Abgas durch den Kamin ins Freie entweicht. Dies hängt insbesondere damit zusammen, dass die Wärme zur Erhitzung der Herde bzw. des Thermoöls im allgemeinen auf einem verhältnismäßig hohen Temperaturniveau von oft weit über 300°C bereitgestellt werden muss, um die erforderlichen Aufheiz- und Regel­ eigenschaften des Backofens zu gewährleisten.

Dies bedeutet, dass die Verbrennungsgase aufgrund der für eine wirksa­ me Wärmeübertragung notwendigen Temperaturdifferenzen beim Verlas­ sen der Anlage als Abgas Temperaturen von meist über 300°C, typi­ scherweise in einem Bereich von 280 bis 500°C aufweisen. Die mit diesen Temperaturen verbundene, eigentlich noch nutzbare Wärmeener­ gie wird jedoch ungenutzt über den Kamin in die Umgebung entlassen. Hierdurch wird einerseits Brennstoff vergeudet, was unnötige Betriebs­ kosten verursacht, und es wird andererseits die Umgebung unnötig mit Wärme sowie mit Abgasen belastet.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorlie­ genden Erfindung, einen brennstoffbeheizten Backofen zu schaffen, bei dem sich die mit dem Abgas verlorene Wärmemenge signifikant reduzie­ ren lässt, bei dem ein Teil der im Abgas enthaltenen Wärmemenge zurückgehalten und einer energetischen Nutzung zugeführt werden kann, und bei dem Brennstoffverbrauch und Umweltbelastung gegenüber dem Stand der Technik reduziert werden können.

Diese Aufgabe wird durch einen Backofen nach der Lehre des Patentan­ spruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der Backofen gemäß der vorliegenden Erfindung weist zunächst in an sich bekannter Weise einen Heizbrenner, insbesondere einen Öl- oder einen Gasbrenner auf. Die heißen Verbrennungsgase des Brenners wer­ den entweder unmittelbar zur Beheizung der Radiatoren des Backraums oder zur Erhitzung eines Wärmetransportmediums, insbesondere Ther­ moöl verwendet, das wiederum zum Ofen geleitet wird und den Back­ raum temperiert. Nach ihrer Wärmeabgabe werden die teilweise abge­ kühlten Verbrennungsgase in an sich bekannter Weise einem Kamin zugeführt, über den sie ins Freie geleitet werden.

Erfindungsgemäß zeichnet sich der Backofen dadurch aus, dass den bereits teilweise abgekühlten Verbrennungsgasen des Kessels bzw. des Brenners mittels einer Wärmetauscheinrichtung ein weiterer Teil ihres Wärmeinhalts entzogen werden kann, bevor die Abgase in den Kamin eingeleitet werden. Der den Brennerabgasen entzogene weitere Teil des Wärmeinhalts lässt sich anschließend erfindungsgemäß einer energeti­ schen Nutzung zuführen.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die den Kessel- bzw. Brennerabgasen in der Wärmetauscheinrich­ tung entzogene Abwärme zumindest teilweise in einen Heizkreislauf des Ofens eingeleitet bzw. dem Backraum zugeführt. Hierdurch lässt sich der Ausnutzungsgrad des zur Backofenbeheizung verbrannten Brennstoffs erhöhen, bzw. der Brennstoffverbrauch verringern, da die Abgastempera­ turen am Ort der Einleitung der Abgase in den Kamin durch die erfin­ dungsgemäß aus den Abgasen entnehmbare Wärme reduziert werden können.

Bevorzugt wird dabei die den Abgasen in der Wärmetauscheinrichtung entzogene Abwärme dem Backvorgang dadurch zugeführt, dass ein Teil der in den Backraum einzuleitenden Frischluft bzw. die im Backraum enthaltene Backatmosphäre durch die den Abgasen entzogene Abwärme erwärmt wird. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem dem Backraum zuzuführende Frischluft vor der Einleitung in den Backraum sekundärsei­ tig durch die Wärmetauscheinrichtung geführt wird, bzw. indem ein Teil der im Backraum enthaltenen Backatmosphäre dem Backraum entnom­ men, sekundärseitig durch die Wärmetauscheinrichtung geführt und dort erwärmt wird, wonach sie dem Backraum wieder zugeführt wird.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann zumindest ein Teil der den Abgasen entzogenen Abwärme der Deckung des Wärme­ bedarfs anderer Bäckereiprozesse zugeleitet werden. Dies ist insbesonde­ re dann vorteilhaft, wenn die den Abgasen entzogene Abwärme solchen Prozessen zugeführt wird, in denen Wärme auf einem niedrigeren Tempe­ raturniveau verwendet wird, als dies beim Backen selbst der Fall ist. Erfindungsgemäß ist es dabei insbesondere vorgesehen, die den Abgasen entzogene Abwärme zu einem Teil dem Backraum und zu einem anderen Teil weiteren Bäckereiprozessen zuzuführen.

Vorzugsweise ist die den Abgasen entzogene Abwärme dabei unter­ schiedlichen Bäckereiprozessen in veränderlichen Anteilen zuführbar. Auf diese Weise wird eine besonders effektive und vollständige Ausnut­ zung der durch den Brenner des Backofens erzeugten Wärme gewährleis­ tet, da in Abhängigkeit von der Auslastung des Ofens bzw. weiterer Bäckereiprozesse eine individuelle Anpassung und Verteilung der vom Brenner momentan produzierten Wärme vorgenommen werden kann.

Die Wärmetauscheinrichtung des erfindungsgemäßen Backofens kann in grundsätzlich beliebiger Weise ausgeführt sein, solange sie den Zweck erfüllt, den Brennerabgasen Wärme zu entziehen und diese auf ein anderes Medium, insbesondere auf einen Gasstrom zu übertragen. Vor­ zugsweise umfasst die Wärmetauscheinrichtung des erfindungsgemäßen Backofens jedoch einen zumindest zweistufig aufgebauten Wärmetau­ scher bzw. zumindest zwei in Reihe geschaltete Wärmetauscher. Hierbei ist die Wärmetauscheinrichtung bevorzugt so ausgeführt, dass sie einen Hochtemperaturteil und einen Niedertemperaturteil umfasst.

Nach einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die den Abgasen in der Hochtemperaturstufe der Wärmetauscheinrich­ tung entzogene Abwärme in einen Heizkreislauf des Ofens einführbar bzw. dem Backraum zuführbar, wohingegen die den Brennerabgasen in der an die Hochtemperaturstufe anschließende Niedertemperaturstufe der Wärmetauscheinrichtung entzogene Abwärme anderen Bäckereiprozessen zugeführt werden kann. Mit der Aufteilung der Wärmetauscheinrichtung in Hochtemperatur- und Niedertemperaturstufe wird eine zusätzliche Effizienzsteigerung erzielt, da die dem Backraum zuzuführende Abwär­ me in der Hochtemperaturstufe auf einem höheren Temperaturniveau anfällt als die den anderen Bäckereiprozessen zuzuführende, in der Niedertemperaturstufe anfallende Abwärme. Dies gilt insbesondere dann, wenn die den Brennerabgasen in der Niedertemperaturstufe entzogene Abwärme solchen Bäckereiprozessen zugeführt wird, in denen Wärme auf einem niedrigeren Temperaturniveau benötigt wird, als dies beim eigentlichen Backen der Fall ist.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Wärme­ tauscheinrichtung des Backofens eine Bypasseinrichtung, durch die bedarfsweise die Brennerabgase zumindest teilweise und an zumindest Teilen der Wärmetauscheinrichtung vorbeiführbar sind. Der Einsatz einer Bypasseinrichtung vermag den Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Backofens insbesondere dann weiter zu steigern, wenn in bestimmten Betriebsphasen, beispielsweise beim Anheizen des Backofens oder während einer längeren stationären Betriebsphase, die Abgastemperatur unter dasjenige Niveau abfällt, das für die Bäckereiprozesse notwendig ist, denen die Abwärme aus dem Abgas zugeführt werden soll.

Es ist erfindungsgemäß zunächst gleichgültig, welchen Bäckereiprozes­ sen die den Brennerabgasen entzogene Abwärme zugeführt wird, die nicht in den Backraum geleitet werden soll. Aufgrund des Temperaturni­ veaus, das sich dort besonders für eine Beheizung durch Abwärme aus Brennerabgasen eignet, sowie aufgrund des erheblichen Wärmebedarfs ist es besonders vorteilhaft und daher erfindungsgemäß bevorzugt, wenn die den Abgasen entzogene Abwärme einer Anlage zum Gären von Teigrohlingen zugeführt wird. Da der Gärprozess auf einem gegenüber dem Bäckereiprozess wesentlich niedrigeren Temperaturniveau stattfin­ det, eignet sich hierzu insbesondere die in der Niedertemperaturstufe der Wärmetauscheinrichtung des Backofens anfallende Abwärme.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungs­ beispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die einzige

Figur in schematischer diagrammartiger Darstellung ein Ausfüh­ rungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Backofens, ein­ schließlich einer wärmetechnisch an den Backofen gekop­ pelten Gäranlage.

Das in der Figur höchst schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt einen Backofen 1, der neben dem eigentlichen Ofen 2 erfindungs­ gemäß eine aus Hochtemperaturstufe 3 und Niedertemperaturstufe 4 bestehende Wärmetauscheinrichtung 5 umfasst, was durch die strichlierte Linie 1 in der Figur angedeutet ist. Die Darstellung der Figur ist dabei lediglich schematisch. Die tatsächliche Anordnung bzw. Unterbringung des Ofens 2 bzw. der Wärmetauscheinrichtung 5 sowie die tatsächliche Führung von Luft- bzw. Abgasströmen ist erfindungsgemäß gleichgültig, solange die gewünschte Wärmerückführungswirkung erreicht wird.

Der dargestellte Ofen 2 besitzt einen Backraum mit vier Backetagen 6 und weist einen Abgasauslass 7 auf. Die Verbrennungsgase eines nicht eigens gezeichneten, beim dargestellten Ausführungsbeispiel im Bereich des Ofens 2 angeordneten Heizbrenners erwärmen direkt oder mittels eines zwischengeschalteten Wärmeträgers, wie beispielsweise Thermoöl, unter Wärmeabgabe die Backetagen 6 und verlassen den Ofen 2 als Abgase über den Abgasauslass 7. Da bereits die Backraumtemperatur typischerweise bei über 200°C liegt und bis zu 300°C betragen kann, und da zur wirksamen Wärmeübertragung von den Verbrennungsgasen auf die Backraumatmosphäre, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines weiteren Wärmeträgers, zusätzliche Temperaturdifferenzen benötigt werden, liegen die Abgastemperaturen am Abgasauslass 7 im Bereich von 280-500°C, typischerweise bei etwa 350°C. Das Abgas 9 führt daher noch eine beträchtliche Wärmemenge mit sich, die bei den bekann­ ten gattungsgemäßen Backöfen ungenutzt und unmittelbar durch einen Kamin 8 entweicht.

Um die Energieeffizienz des Ofens 1 zu verbessern, umfasst der Back­ ofen 1 erfindungsgemäß eine Wärmetauscheinrichtung 5. Im dargestell­ ten Ausführungsbeispiel weist die Wärmetauscheinrichtung 5 eine Hochtemperaturstufe 3 und eine der Hochtemperaturstufe 3 nachgeschal­ tete Niedertemperaturstufe 4 auf. Beide Stufen 3 und 4 der Wärme­ tauscheinrichtung 5 werden unter Wärmeabgabe vom Abgas 9 durch­ strömt, das anschließend weitgehend abgekühlt dem Kamin 8 zugeleitet wird. In der Hochtemperaturstufe 3 der Wärmetauscheinrichtung 5 wird eine vom Abgasstrom 9 abgegebene erste Wärmemenge auf einen Gas­ strom 10 übertragen, der dem Ofen bzw. der Backatmosphäre bei 11 entnommen wurde, und der nach dem Passieren des Wärmetauschers 3 und dortiger Wärmeaufnahme, mit erhöhter Temperatur bei 12 wieder in den Ofen eingeleitet bzw. der Backatmosphäre wieder zugeführt wird. Die Entnahme findet typischerweise auf einem Temperaturniveau in der Größenordnung von 200°C statt. Die Rückführungstemperatur hängt von der Temperatur des Abgasstroms 9 und vom Verhältnis der Volumen­ ströme von Abgasstrom 9 zu Gasstrom 10 ab; sie liegt typischerweise bei etwa 320°C. Bei Verwendung eines zwangsumgewälzten Wärmeträgers wie Thermoöl kann in der Hochtemperaturstufe 3 der Wärmetauschein­ richtung 5 anstelle eines Gasstroms 10 auch das durch Wärmeabgabe im Backraum 6 abgekühlte, zum Heizkessel zurückströmende Thermoöl vorgewärmt werden.

Neben der Verbesserung der Energieeffizienz des Backofens 1 dient die Rückführung eines Teils der Abwärme des Abgasstroms 9 in den Ofen 2 insbesondere auch der kurzfristigen Bereitstellung erhöhter Wärmemen­ gen, wie sie zur Glättung von Temperaturschwankungen, zum schnelleren Aufheizen des Ofens 2 und bei von der Backofensteuerung angeforderten Temperaturänderungen erforderlich sind. Auch bei der Entnahme der fertiggebackenen Backware und beim Einschießen neuer Backware entsteht aufgrund des mit Türöffnung verbundenen Wärmeverlusts an die Umgebung und aufgrund der Wärmeaufnahme der zunächst kalten Back­ ware kurzfristig ein stark erhöhter Wärmebedarf. Mit der Rückführung eines Teils der Abwärme des Abgasstroms 9 in den Ofen 2 kann der die Backdauer verlängernde und der Backqualität abträgliche Temperaturab­ fall im Backraum 6 minimiert werden, und es kann darüber hinaus, aufgrund der verringerten Erholungsdauer des Backofens 1 zwischen den einzelnen Beladungen mit Backwaren, auch der Durchsatz des Back­ ofens 1 erhöht werden.

Die Wärmetauscheinrichtung 5 des erfindungsgemäßen Backofens 1 umfasst weiterhin eine mittels punktierter Linie dargestellte Bypassein­ richtung 13. Sollte die Temperatur des Abgasstroms 9 beim Verlassen des Ofens 1 unter einen voreingestellten Wert von typischerweise et­ wa 350°C absinken, was bei bestimmten Betriebssituationen wie bei­ spielsweise beim Anfahren des Backofens 1 oder auch während längerer stationärer Backphasen vorkommen kann, so wäre ein Wärmeübergang auf den Gasstrom 10 oder auf das in den Heizkessel zurückströmende Thermoöl wegen zu geringer oder negativer Temperaturdifferenz nicht mehr gewährleistet. Um die dadurch hervorgerufenen Wärmeverluste zu vermeiden, wird der Abgasstrom 9 in einem solchen Fall mittels der Bypasseinrichtung 13 um den entsprechenden Teil der Wärmetauscheinrichtung 5, vorliegend um die Hochtemperaturstufe 3, herumgeleitet und direkt der Niedertemperaturstufe 4 zugeführt.

In der Niedertemperaturstufe 4 der Wärmetauscheinrichtung 5 wird dem Abgasstrom 9 auf einem niedrigeren Temperaturniveau ein weiterer Teil seines Wärmeinhalts entzogen. Die dem Abgasstrom 9 in der Niedertem­ peraturstufe 4 entzogene Wärme wird dabei auf ein Wärmemedium 14, beispielsweise einen weiteren Gasstrom, übertragen und kann dann anderen Bäckereiprozessen mit Wärmebedarf zugeführt werden. Vorlie­ gend wird die dem Abgasstrom 9 in der Niedertemperaturstufe 4 entzo­ gene Wärme bei 15 einer Gäreinrichtung oder einem Gärraum 16 zuge­ führt, in dem Teigmassen oder Teigrohlinge in einer kontrollierten Atmosphäre einer dem Backen vorangehenden Wärmebehandlung unter­ zogen werden. Nach Wärmeabgabe in der Gäranlage 16 verlässt das abgekühlte Wärmemedium 14 die Gäranlage 16 bei 17 und wird zur erneuten Erwärmung wieder der Niedertemperaturstufe 4 der Wärme­ tauscheinrichtung 5 zugeführt.

Im Ergebnis lässt sich dank der Erfindung die Temperaturführung eines Backofens verbessern, es kann damit die Backdauer verkürzt und die Backqualität gesteigert werden, und es lassen sich Energieverbrauch sowie Emissionen weiter signifikant reduzieren.

Claims (11)

1. Backofen mit Brennstoffbeheizung, insbesondere mittels Öl- oder Gasbrenner, dadurch gekennzeichnet, dass den Brenner- bzw. Kesselabgasen (9) durch eine Wärmetausch­ einrichtung (5) ein Teil der Abwärme entziehbar und einer energe­ tischen Nutzung zuführbar ist.

2. Backofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Abgasen (9) entzogene Abwärme zumindest teilweise in einen Heizkreislauf des Ofens (2) einführbar bzw. dem Backraum (6) zuführbar ist.

3. Backofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit der den Abgasen (9) entzogenen Abwärme dem Ofen (2) zu­ zuführende Frischluft bzw. die im Backraum (6) enthaltene Backat­ mosphäre erwärmbar ist.

4. Backofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die den Abgasen (9) entzogene Abwärme zumindest teilweise der Deckung des Wärmebedarfs anderer Bäckereiprozesse zuführbar ist.

5. Backofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die den Abgasen (9) entzogene Abwärme zu einem Teil dem Backraum (6) zuführbar und zu einem weiteren Teil anderen Bäcke­ reiprozessen zuführbar ist.

6. Backofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die den Abgasen (9) entzogene Abwärme verschiedenen Bäcke­ reiprozessen in veränderlichen Anteilen zuführbar ist.

7. Backofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscheinrichtung (5) einen zumindest zweistufigen Wärmetauscher beziehungsweise zumindest zwei in Reihe geschaltete Wärmetauscher umfasst.

8. Backofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscheinrichtung (5) eine Hochtemperaturstufe (4) und eine Niedertemperaturstufe (4) aufweist.

9. Backofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die den Abgasen (9) mittels Hochtemperaturstufe (3) der Wär­ metauscheinrichtung (5) entzogene Abwärme in einen Heizkreislauf des Ofens (2) einführbar bzw. dem Backraum (6) zuführbar ist, und die den Abgasen mittels Niedertemperaturstufe (4) der Wärmetausch­ einrichtung (5) entzogene Abwärme anderen Bäckereiprozessen zuführbar ist.

10. Backofen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscheinrichtung (5) eine Bypasseinrichtung (13) umfasst, durch die zumindest ein Teil der Brennerabgase (9) an zu­ mindest Teilen der Wärmetauscheinrichtung (5) vorbeiführbar ist.

11. Backofen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die den Abgasen (9) entzogene Abwärme zumindest teilweise einer Gäranlage (16) zugeführt wird.