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Die
Erfindung betrifft einen Ofen, insbesondere einen Küchen-Gar- oder Backofen,
der aufweist einen Garraum, einen Katalysator, der fluidisch mit dem
Garraum in Verbindung steht und mit dem ein im Garraum entstehender
Wrasen chemisch verändert werden
kann, und einen Entlüftungsbereich,
mit dem der chemisch veränderte
Wrasen in die Umgebung geleitet werden kann.
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Gattungsgemäße Öfen 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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Bei
der
DE 196 06 571
C2 ist ein Katalysator an einem Auslass des Garraums angeordnet,
wobei eine Zusatzheizvorrichtung in Form eines Rohrheizkörpers zwischen
Garraum und Katalysator vorgesehen ist, um den Wrasen zu erwärmen und
auf Zündtemperatur
zu bringen. Nachteilig ist, dass durch die Wahl des Heizkörpers und
die geometrische Anordnung von Garraum, Heizein richtung und Katalysator relativ
lange Zeiten benötigt
werden, bis die Zündtemperatur
erreicht wird.
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Bei
der aus der
EP 1 400
758 A1 bekannten Lösung
ist der Katalysator in der Nähe
der Heizelemente angeordnet, mit denen der Garraum beheizt wird.
Damit wird auch der Wrasen erhitzt, so dass er beim Passieren des
Katalysators chemisch umgewandelt werden kann. Problematisch ist
auch hier, dass das Erhitzen des Wrasens bzw. des Katalysators auf
Zündtemperatur
eine gewisse Zeit benötigt, so
dass die Gefahr besteht, dass die chemische Umwandlung des Wrasens
nur teilweise erfolgt.
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In
der
DE 199 07 554
A1 wird der Katalysator in einem Gehäuse angeordnet und im Deckenbereich
des Garraums angeschraubt. Da keine separate Wärmequelle vorgesehen ist, um
den Wrasen zu erwärmen,
ist auch hier eine relativ lange Zeit erforderlich, bis der chemische
Umwandlungsprozess im Katalysator anlaufen kann.
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Ähnliches
gilt für
die Ausgestaltung, die aus der WO 01/38798 A1 offenbart wird. Hier
ist der Katalysator zwischen einem Filter und einem Lüfter angeordnet,
wobei die Erwärmung
des Wrasens ausschließlich
durch die Heizspirale erfolgt, die den Garraum beheizt.
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All
den vorbekannten Lösungen
ist es gemein, dass eine relativ lange Aufwärmzeit, insbesondere beim Einsatz
der primär
hierfür
bekannten Rohrheizkörper,
benötigt
wird, bevor der chemische Umwandlungsprozess im Katalysator beginnen
kann. Teilweise sind die vorbekannten Lösungen auch sehr aufwändig ausgestaltet
und über
separate Wärmeisolationen
gedämmt.
Dies hat entsprechend hohe Kosten zur Folge. Dennoch sind hohe Anteile
der eingebrachten zusätzlichen
Energie für
den Garprozess verloren.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ofen der eingangs
genannten Art so weiterzubilden, dass in einfacherer und verbesserter und
insbesondere schnellerer weise der chemi sche Umwandlungsprozess
des Wrasens im Katalysator erfolgen kann.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass
in unmittelbarer Nähe
des Katalysators ein Heizelement angeordnet ist, mit dem der Katalysator
bzw. der Wrasen auf eine gewünschte
Temperatur erwärmt
werden kann.
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Durch
diese Ausgestaltung kann eine sehr schnelle Erwärmung des Katalysators auf
Zündtemperatur
sichergestellt werden, so dass die chemische Umwandlung des Wrasens
verbessert bewerkstelligt werden kann.
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Nach
einer Ausgestaltung ist das Heizelement mit dem Katalysator verbunden.
Das Heizelement kann in Strömungsrichtung
des Wrasens vor dem Katalysator angeordnet sein.
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Bevorzugt
sind das Heizelement und der Katalysator in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
Zumeist wird das Gehäuse
oberhalb des Garraums angeordnet werden. Ferner kann das Gehäuse in Strömungsrichtung
des Wrasens vor dem Heizelement und dem Katalysator eine Einlassöffnung und
in Strömungsrichtung
des Wrasens hinter dem Heizelement und dem Katalysator eine Auslassöffnung aufweisen.
Die Einlassöffnung
ist bevorzugt im Bodenbereich des Gehäuses angeordnet. Indes ist die
Auslassöffnung
zumeist im Deckenbereich des Gehäuses
positioniert. Die Einlassöffnung
kann dabei unmittelbar an den Garraum angrenzen; sie und der Garraum
können
gegebenenfalls über
ein Rohr oder über
einen Schlauch miteinander verbunden sein.
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Um
die Strömung
des Wrasens gezielt zu beeinflussen, kann vorgesehen sein, dass
Mittel zur Erzeugung einer Luftströmung im Entlüftungsbereich vorhanden
sind. Dabei handelt es sich insbesondere um einen Ventilator.
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Für die Ausgestaltung
des Heizelements stehen diverse Möglichkeiten zur Verfügung. Das
Heizelement kann als Rohrheizkörper,
als Halogenheizkörper,
als Quarzgrill oder als Heizband ausgebildet sein, wobei das Heizelement
den Katalysator umgeben kann. Das Heizelement kann auch in den Katalysator
integriert sein.
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Eine
besonders vorteilhafte und effiziente Möglichkeit ergibt sich, wenn
vorgesehen wird, dass der Katalysator ein metallisches Element aufweist, das
das Heizelement bildet und von elektrischem Strom durchflossen werden
kann. Das metallische Element kann dabei als Geflecht oder als Gitter
ausgebildet sein.
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Eine
weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der
Katalysator aus mehreren Teilelementen besteht, wobei zumindest
zwischen zwei der Teilelemente ein metallisches Gitter oder Geflecht
angeordnet ist, das ein Heizelement bildet und von elektrischem
Strom durchflossen werden kann.
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Eine
weitere Lösung
stellt darauf ab, dass der Katalysator ein mit Edelmetall versehenes,
insbesondere beschichtetes metallisches Gitter aufweist oder bildet,
das zum Beheizen von elektrischem Strom durchflossen werden kann.
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Um
die vom Heizelement in den Katalysator eingeleitete Energie in sehr
vorteilhafter Weise auch im Garraum nutzen zu können, kann vorgesehen werden,
dass der Entlüftungsbereich
mindestens ein Wärmetauschelement
aufweist, mit dem Wärme
an den Garraum abgegeben werden kann.
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Im
Entlüftungsbereich
kann mindestens ein Luftleitblech zur Umlenkung des Wrasens angeordnet
sein. Hierdurch kann eine turbulente Strömung begünstigt werden, was den genannten
Wärmeaustausch
begünstigt.
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Zwischen
der Einlassöffnung
und dem Heizelement kann weiterhin ein Abstand vorgesehen werden,
was zur Folge hat, dass direkte Auswirkungen des Heizelements auf
den Garraum gering gehalten werden und insbesondere die Entstehung
sog. Hot Spots (lokale hohe Erwärmungen)
verhindert wird.
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Der
Abstand kann mindestens 5 cm betragen, besonders bevorzugt mindestens
10 cm.
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Strömungstechnische
Verbesserungen können
schließlich
erreicht werden, wenn vorgesehen wird, dass der Bereich der Auslassöffnung als
Venturidüse
ausgebildet ist.
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Mit
der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird
es möglich,
den Wrasen kurz vor dem Katalysator sehr schnell auf Zündtemperatur
zu bringen, so dass der chemische Umwandlungsprozess des Wrasens
optimal durchgeführt
werden kann. Damit wird ein sehr großer Anteil der störenden Gerüche und Dünste chemisch
umgewandelt und so die Geruchsbelästigung beim Kochen und Braten
reduziert.
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Das
Erfindungskonzept stellt also auf das unmittelbar hintereinander
geschaltete Erhitzen und chemische Umwandeln des Wrasens ab, was
in verbesserter Weise erfolgen kann, als dies im Stand der Technik
der Fall ist.
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In
der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 die
Seitenansicht eines Garofens,
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2 den
oberen Teil des Garofens gemäß 1 in
vergrößerter Darstellung,
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3 eine
alternative Ausführungsform
des oberen Teils des Garofens in der Darstellung gemäß 2 und
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4 schematisch
einen zweiteiligen Katalysator in Explosionsdarstellung.
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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.
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Oberhalb
des Garraums 2 ist ein Gehäuse 6 und oberhalb
des Gehäuses 6 ein
Entlüftungsbereich 4 angeordnet.
Damit kann Wrasen aus dem Garraum 2 über das Gehäuse 6 und den Entlüftungsbereich 4 in
die Umgebung U abgeleitet werden. Im Gehäuse 6 ist ein Katalysator 3 sowie
ein Heizelement 5 untergebracht.
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Aus 2 geht
schematisch hervor, wie die einzelnen Elemente in dem Gehäuse 6 angeordnet sind.
Auf der Oberseite des Garraums 2 ist eine Einlassöffnung 7 vorgesehen, über die
Wrasen aus dem Garraum 2 in das Gehäuse 6 strömen kann.
Mit Pfeilen ist die Strömung
des Wrasens angedeutet. Der Wrasen gelangt zunächst auf das Heizelement 5,
das diesen erhitzt, und zwar mindestens auf die Zündtemperatur,
die benötigt
wird, um im sich anschließenden
Katalysator 3 den Wrasen chemisch umzuwandeln. Liegt die
Zündtemperatur
vor, beginnt der Oxidationsprozess im Katalysator 3, 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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Über eine
Auslassöffnung 8 gelangt
der chemisch umgewandelte Wrasen in den Entlüftungsbereich 4 und über diesen
in die Umgebung U.
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In 3 ist
zu sehen, dass auch eine kombinierte Anordnung des Heizelements 5,
des Katalysators 3 und des Entlüftungsbereichs vorgesehen werden
kann. Hier gelangt der Wrasen aus dem Garraum 2 über die
Einlassöffnung 7 in
ein Gehäuse 13, in
dem zunächst
das Heizelement 5 und in Strömungsrichtung unmittelbar dahinter
der Katalysator 3 angeordnet ist. Der chemisch umgewandelte
Wrasen strömt
dann weiter in den Entlüftungsbereich 4,
der einen von Blechen gebildeten Kanal aufweist, durch den der Wrasen
strömen
muss. Dabei sind im Kanal Luftleitbleche 12 angeordnet,
die so geformt sind, dass der Wrasen beim Durchströmen turbulent
verwirbelt wird (s. Pfeile, mit denen dies angedeutet ist). Schematisch
angedeutet ist ferner, dass beispielsweise am Ende des Entlüftungsbereichs 4 ein
Ventilator 9 angeordnet ist, mit dem der Wrasen abgesaugt
werden kann.
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Zu
erkennen ist ferner, dass über
eine gewisse Längenerstreckung
im Entlüftungsbereich 4 ein Wärmetauschelement 11 vorgesehen
werden kann, das vorliegend aus einem dünnen Blech besteht, das den
Garraum 2 vom Entlüftungsbereich 4 abgrenzt. Durch
die Luftleitbleche 12 wird infolge der hierdurch entstehenden
Turbulenz sichergestellt, dass der heiße, chemisch umgewandelte Wrasen
im Bereich des Wärmetauschelements 11 Wärme an den
Garraum 2 abgibt, bevor er aus dem Entlüftungsbereich 4 abgesaugt
wird. Damit kann ein Teil der Wärme
des Heizelements 5 zum Erwärmung des Garraums 2 genutzt werden.
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Wesentlicher
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Erwärmen des Wrasens in unmittelbarer Nähe des Katalysators 3 durch
das Heizelement 5. Dabei können beliebige Heizelemente
eingesetzt werden. Eine besonders effiziente Ausgestaltung geht
aus 4 hervor. Hier ist der Katalysator 3 zweiteilig
ausgebildet, wobei die beiden Teilelemente 3' und 3'' in
voneinander abgerückter
Position skizziert sind. Zwischen den beiden Teilelementen 3', 3'' ist ein metallisches Gitter 10 angeordnet.
wird dieses von einem elektrischen Strom durchflossen, erwärmt es sich,
wodurch der Katalysator 3 und damit auch der sich in ihm
befindliche Wrasen sehr effizient erhitzt wird.
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Das
Erfindungskonzept lässt
sich mit verschiedenen Fortbildungen kombinieren:
Der chemisch
umgewandelte Volumenstrom (Wrasen) kann kurzfristig innerhalb des
Entlüftungsbereichs 4 verbleiben,
indem nämlich
der Entlüftungsbereich 4 als
Staukammer fungiert. Durch den Ventilator 9 kann das Gas
abgesaugt werden, wenn eine hinreichende Verweildauer erzielt ist.
Diese hat zum einen den Vorteil, dass eine günstige Verwirbelung des Gases
erzeugt wird, die eine gute chemische Umwandlung im Katalysator 3 begünstigt.
Zum anderen findet hierdurch verbessert die genannte wärmerückgewinnung
statt.
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Durch
entsprechende Lochungen im Deckenbereich des Entlüftungsbereichs
(Staukammer) kann der Volumenstrom hinsichtlich seiner Geschwindigkeit
und Menge justiert werden.
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Um
mit Blick auf die Bauhöhe
der erfindungsgemäßen Anordnung
eine optimale Konstellation zu schaffen, kann der typischerweise
am Luftkanalunterteil bei üblichen Öfen angeprägte Dom
abgetrennt werden, so dass der Raum zwischen dem Oberteil des Garraums 2 und
dem Luftkanalunterteil zur Verfügung
steht. Der Wrasen verlässt
den Garraum 2 an der bestehenden Lochung und tritt in das
Gehäuse 6 ein,
in dem der Katalysator 3 untergebracht ist. Über Luftleitbleche
geführt,
streicht der Volumenstrom dann am Heizelement 5 vorbei
und erfährt
dadurch eine Temperaturerhöhung.
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Das
Heizelement 5 und der Lufteinlass 7 sind dabei
bevorzugt voneinander getrennt, um eine Rückstrahlung vom Heizelement 5 auf
das Back- oder Bratgut im Garraum 2 zu verhindern. Dadurch können auch
lokale Erwärmungen
(Hot Spots) verhindert werden. Durch das Heizelement 5 auf
Zündtemperatur
vorgeheizt, reagiert der Volumenstrom an der ebenfalls aufgeheizten
effektiven und reaktionsaktiven Oberfläche des Katalysators 3.
Hierdurch wird der Oxidationsvorgang gestartet.
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Nach
dem Verlassen des Katalysators 3 kann der Volumenstrom,
wie erläutert,
in einer Verwirbelungszone Energie an den Garraum 2 zuruckgeben.
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Durch
eine verbindende Öffnung
zwischen dem Gehäuse 6 des
Katalysators 3 und dem Luftkanal (Entlüftungsbereich 4) kann
der Wrasen über
einen als Venturi-Rohr ausgebildeten Abschnitt in den Luftkanal
einströmen,
bevor er über
das Be- und Entlüftungssystem
des Geräts
ausgeblasen wird.
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Basierend
auf dem genannten Prinzip kann auch eine Anordnung gewählt werden,
bei der das Gehäuse 6 mit
dem Katalysator 3 nicht in der Mitte über dem Garraum 2 sitzt,
sondern in einem seitlichen hinteren Bereich. Dabei kann der Wrasen über ein
Rohr- oder Schlauchsystem geleitet werden. Das hat den Vorteil,
dass der Luftkanal nicht verändert werden
muss und dass zusätzlich
ausreichend kühlere
Luft beigemischt werden kann.
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Weiterhin
kann vorgesehen werden, dass der Wrasen nicht über eine Öffnung in das Gehäuse eingeleitet
wird, sondern über
ein Schlauch- oder Rohrsystem. Die Ausrichtung der Entlüftung sollte dann
seitlich abgehend sein, da so der Schlauch am Luftkanal vorbei nach
oben geführt
werden kann. Die Beimischung von kühler Umgebungsluft reduziert
die Temperatur des Volumenstromes.
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Das
vorgeschlagene System kann auch aus Modulen bestehen, die entsprechend
der benötigten Funktionalität zusammengeführt werden.
Basierend auf den Einzelkomponenten der genannten Ausführungsformen
kann die Katalyseeinheit auch auf dem Garraum 2 befestigt
werden. Der Eintritt des Volumenstroms kann seitlich im hinteren
Bereich des Garraum-Oberteils über
eine Lochung erfolgen. Dabei kann statt der Überleitung des Wrasens mittels
eines Schlauchs bzw. Rohrs die Ausbildung des Gehäuses des
Katalysators so gewählt
werden, dass Rohre bzw. Schläuche
entbehrlich werden.
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Die
Ausbildung des Heizelements bzw. der Heizelemente 5 kann
ebenfalls in mannigfaltiger weise erfolgen.
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Bevorzugt
sind am Umfang des Katalysators 3 Flachbandheizelemente
angeordnet, die den Katalysator direkt erwärmen können.
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Eine
weitere Möglichkeit
besteht im Einsatz einer Metalloxidschicht auf dem Katalysator 3 selber und
in der Nutzung des elektrischen Widerstandes derselben. Die Schicht
kann auf dem Katalysator 3 aufgebracht werden und gleichzeitig
als Haftgrund für
die Edelmetallauflage (vorzugsweise aus Platin, Palladium, Gold
oder Mischungen dieser Elemente) dienen. Durch das Anlegen einer
elektrischen Spannung an die Metallschicht wird bedingt durch den elektrischen
Widerstand Wärme
erzeugt. Diese heizt den Katalysator 3 und seine Edelmetallschicht
durch den unmittelbaren Kontakt sehr schnell auf. Der Wirkungsgrad
dieser Ausführung
ist aufgrund der baulichen Nähe
zwischen Katalysator und Heizelement höher als bei einer separaten
Anordnung des Heizelements, so dass die Verluste besonders gering
sind.
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Grundsätzlich sind
auch Rohrheizkörper
als Heizelemente 5 möglich,
wobei aufgrund der robusten Bauweise dieser Heizelemente und der
geringen Kosten Vorteile erzielbar sind. Allerdings benötigen diese
Heizelemente eine relativ lange Aufwärmzeit.
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Eine
kürzere
Aufwärmphase
kann mit einem Halogenheizkörper
erzielt werden. Allerdings besteht hier unter Umständen Explosionsgefahr.
weiter begrenzen relativ hohe Kosten die Einsatzmöglichkeiten
dieser Heizung.
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Auch
ein Quarzgrill erreicht wie der Halogenheizkörper sehr kurze Aufheizzeiten,
wobei dieser unempfindlicher gegen Stöße und robuster aufgebaut ist.
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Besonders
bevorzugt werden beheizbare Drahtgeflechte eingesetzt. Das aus metallischem Draht
bestehende Geflecht oder Gitter wird mit einer elektrischen Spannung
beaufschlagt, was durch den elektrischen Widerstand Wärme erzeugt.
Ist das Geflecht bzw. Gitter selber mit einer Katalysatorschicht (Edelmetall)
beschichtet, so wird das katalytische Element direkt beheizt, was
zu sehr schnellen Reaktionszeiten und geringen Verlusten führt. In
diesem Falle sind also Katalysator und Heizung als integriertes
Element ausgebildet.
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Derartige
Gitter oder Geflechte können – wie es
oben bereits erläutert
wurde – auch
als Zwischenlage in einer Kombination von zwei oder mehreren Katalyseelemente
als Beheizung eingesetzt werden. Der direkte Kontakt zu der aufzuheizenden
Fläche und
die geringen Strahlungswärmeverluste
stellen wesentliche Vorteile einer solchen Ausgestaltung dar.
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Es
besteht eine zeitliche Abhängigkeit
zwischen der Erhitzung des Back- oder Bratgutes im Garraum 2 und
dem Entstehen von Wrasen (Gerüchen).
Daher ist der Zeitpunkt der Systembereitschaft des Katalysators 3 stets
in Abhängigkeit
der Geruchsentstehung zu wählen
bzw. festzulegen. Geräte-
und betriebsartbezogen kann keine generelle Aussage über das
Zeitfenster für
die Erreichung der Einsatztemperatur getroffen werden. Allerdings
sollte ein Wert von 3 Minuten erfahrungsgemäß nicht überschritten werden, bis der
Katalysator 3 einsatzfähig ist.
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Aufgrund
der unterschiedlichen Ausführungsmöglichkeiten
der Erfindung (z. B. Platin oder Palladium für den Katalysator 3 oder
die Wahl des Heizelements 5) ergibt sich eine große Variationsmöglichkeit
der einzelnen Ausführungsformen
der Erfindung.
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- 1
- Ofen
(Küchen-Gar-
oder Backofen)
- 2
- Garraum
- 3
- Katalysator
- 3'
- Teilelement
des Katalysators
- 3''
- Teilelement
des Katalysators
- 4
- Entlüftungsbereich
- 5
- Heizelement
- 6
- Gehäuse
- 7
- Einlassöffnung
- 8
- Auslassöffnung
- 9
- Mittel
zur Erzeugung einer Luftströmung
(Ventilator)
- 10
- metallisches
Element (Gitter, Geflecht)
- 11
- Wärmetauschelement
- 12
- Luftleitblech
- 13
- Gehäuse
- U
- Umgebung