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Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einem Pelletbrenner für einen Bäckereiofen und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5 zum zum Aufheizen eines Bäckereiofens mit einem Pelletbrenner.
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In Bäckereien werden häufig Etagenöfen zum Backen verwendet. In diesen Etagenöfen ist der Backraum des Bäckereiofens in mehrere übereinander liegende, einzeln zugängliche Räume aufgeteilt. Die Etagenöfen können beispielsweise als Heizgasumwälzer, Elektroöfen, Ringrohröfen und Thermoölöfen ausgebildet sein. Allen Öfen gemeinsam ist, dass sie mittels einer Heizvorrichtung erhitzt werden. Als Heizvorrichtungen sind u. a. Gas- oder Ölbrenner bekannt.
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In jüngster Zeit ist die Nachfrage nach Heizvorrichtungen gestiegen, die nachwachsende Rohstoffe, wie z. B. Pellets aus Holz, verbrennen können. Bei Gas- oder Ölbrennern stellt sich das Problem, dass diese nicht geeignet sind, Pellets zu verbrennen. Bei der Verbrennung von Pellets muss mit der Entstehung von Stäuben gerechnet werden, die sich mit dem entstandenen Rauchgas vermischen. Diese Stäube können bei Heizvorrichtungen, wie beispielsweise bei einem herkömmlichen Heizgasumwälzer, der die entstandenen Rauchgase als Heizmedium umwälzt, zu Problemen führen. So ist es vorstellbar, dass sich die mit dem aus verbrannten Pellets erzeugten Rauchgas mitgeführten Stäube in einem im Heizgasumwälzer befindlichen Radiator absetzen können. Diese abgelegten Stäube führen zu dem Problem, dass sich der Radiator nicht mehr gleichmäßig erhitzen kann und damit ein gleichmäßiges Backen des Ofens nicht mehr sichergestellt ist. Genauer gesagt wird der Radiator an Stellen, an denen sich die Stäube abgesetzt haben, eine geringere Temperatur aufweisen als an Stellen, an denen sich keine Stäube abgesetzt haben. Ein weiteres Problem, dass bei der Ablagerung von Stäuben entsteht, ist, dass die Ablagerungen im Radiator befindliche Leitungen verstopfen können, so dass ein Backen mittels des Ofens überhaupt nicht mehr möglich ist.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass Heizvorrichtungen mit Pelletbrenner eingesetzt werden, um Pellets zu verbrennen. In
DE 20 2007 011 469 U1 wird ein Pelletbrenner offenbart, der unterhalb eines Backraums angeordnet ist, wobei der Backraum von einer wärmespeichernden Schicht umgeben ist. Bei der wärmespeichernden Schicht handelt es sich um eine mit Wasser gefüllte Ringrohrleitung. Mittels dieser Ringrohrleitung kann die durch den Pelletbrenner erzeugte Heizenergie gleichmäßig über den Umfang des Backraums verteilt werden. Die Ringrohrleitung ist dabei in einem Wandmaterial des Ofens eingelassen und von diesem so umschlossen, dass sie nicht der direkten Flammenwirkung des Brenners ausgesetzt ist.
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Der Pelletbrenner weist den Nachteil auf, dass Wasser als Wärmetauschmittel zum Aufheizen des Bäckereiofens verwendet wird. Wasser weist eine hohe Wärmekapazität von ungefähr 4,2 kJ/(kg K) auf und kann bei Umgebungsdruck bis auf ca. 98°C aufgeheizt werden den, ohne das ein Phasenwechsel erfolgt. Zum Backen werden aber Temperaturen von 200°C bis 270°C benötigt, so dass es notwendig ist, das Wasser auf diese Temperatur zu erhitzen. Bei dem Erhitzen des Wassers auf eine derartige Temperatur erfährt das Wasser einen Phasenwechsel. Damit aber ein Phasenwechsel des Wassers erfolgen kann, muss zu der Energie, die zum Erwärmen des Wassers benötigt wird, zusätzlich eine Verdampfungsenergie zum Verdampfen des Wassers aufgebracht werden. Somit ist die dem Wasser zugeführte Energiemenge sehr hoch. Ein weiterer Nachteil der Verwendung von Wasser als Wärmetauschmittel zum Aufheizen des Bäckereiofens besteht darin, dass, aufgrund der hohen Wärmekapazität des Wassers, der Aufheizvorgang des Bäckereiofens lange dauert.
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Das Patent
DE 198 09 980 A1 offenbart die Merkmale, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 benannt sind.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, eine Heizvorrichtung bereitzustellen, die ein schnelles Aufwärmen der Backkammer des Bäckereiofens ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, dass das Aufwärmen des Bäckereiofens mit einer kleinen Energiemenge erfolgen soll. Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, zu verhindern, dass sich Stäube, die mit dem erzeugten Rauchgas mitgeführt werden, auf einem im Heizgasumwälzer befindlichen Radiator absetzen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und die Merkmale des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ein Wärmetauscher zwischen einer Luftabzugsleitung und einer Brennkammer angeordnet ist. Mittels des Wärmetauschers erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen dem in der Brennkammer entstandenen Abgas und der in dem Wärmetauscher befindlichen Luft. Ein Einsatz von Luft als Wärmetauschmittel ermöglicht es, den dem Wärmetauscher nachgeschalteten Bäckereiofen schnell zu erhitzen, da Luft eine kleinere Wärmekapazität als Wasser aufweist. Zusätzlich bietet der Einsatz von Luft den Vorteil, dass bei dieser kein Phasenübergang notwendig ist, um auf 200°C aufgeheizt zu werden. Somit muss der Luft keine Verdampfungsenergie zugeführt werden. Im Ergebnis reduziert sich, im Vergleich zu einem Einsatz von Wasser als Wärmetauschmittel, die Energiemenge, die zum Aufheizen des Bäckereiofens benötigt wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der Wärmetauscher als ein spiralförmiges Leitblech ausgebildet ist. Eine derartige Ausbildung des Wärmetauschers ermöglicht einen höheren Wirkungsgrad des Wärmeaustauschs zwischen dem Abgas der Brennkammer und der durch das spiralförmige Leitblech geleiteten Luft. Der erhöhte Wirkungsgrad resultiert daraus, dass durch die spiralförmige Ausbildung des Leitblechs eine große Oberfläche des Wärmetauschers zum Wärmeaustausch zwischen dem Abgas und der Luft zur Verfügung steht.
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Ferner besteht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin, dass eine Lufteinlassöffnung des Wärmetauschers an einem von der Brennkammer entfernten Ende des Wärmetauschers angeordnet ist, und dass eine Luftaustrittsöffnung des Wärmetauschers an einem der Brennkammer nahe liegenden Ende angeordnet ist. Durch eine derartige Ausbildung der Lufteinlass-/Austrittsöffnung wird sichergestellt, dass die Luft in einer Richtung entgegengesetzt zu dem Abgas strömt, wodurch sich der Wärmeaustausch über den Wärmetauscher verbessert.
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Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 eine Prinzipskizze einer Heizvorrichtung und eines Bäckereiofens,
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2 eine Draufsicht auf einen Radiator,
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3 eine Schnittansicht einer Heizvorrichtung.
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Die Prinzipskizze aus 1 weist einen Bäckereiofen, der vorzugsweise als Heizgasumwälzofen 30 ausgebildet ist, eine Heizvorrichtung 1 und einen Ventilator 40 zum Ansaugen von Luft aus dem Heizgasumwälzofen 30 auf. Der Ventilator 40 ist über eine Rücklaufleitung 400 mit dem Heizgasumwälzofen 30 und der Heizvorrichtung 1 verbunden. Die Heizvorrichtung 1 ist zusätzlich über eine Vorlaufleitung 100 direkt mit dem Heizgasumwälzofen 30 verbunden.
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Der Heizgasumwälzofen 30 weist mehrere übereinander liegende Backkammern 34 auf. Zusätzlich weist der Heizgasumwälzofen 30 für jede Backkammer 34 einen Radiator 32 und eine Backplatte 31 auf. Die Backplatte 31 ist innerhalb der Backkammer 34 zwischen zwei Radiatoren 32 derart positioniert, dass eine in den Radiatoren 32 jeweils erzeugte Wärmestrahlung auf die Backplatte 34 einwirken kann. Die einzelnen Radiatoren 32 sind, wie in 2 gezeigt, an einer Seite des Heizgasumwälzofens 30 mit der Vorlaufleitung 100 verbunden. Sie erstrecken sich von der zur Vorlaufleitung 100 näher liegenden Seite des Heizgasumwälzofens 30 zu einer der Vorlaufleitung 100 entfernten Seite des Heizgasumwälzofens 30. Zusätzlich weist der Heizgasumwälzofen 30 eine Schwadenanlage 33 zum Zuführen von Wasser in die Backkammern 34 auf. Die Zuführung des Wassers der Schwadenanlage in die Backkammern 34 erfolgt an der gleichen Seite des Heizgasumwälzofens 30, an der die Vorlaufleitung 100 mit den Radiatoren 32 verbunden ist.
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2 zeigt eine Draufsicht auf einen Radiator 32. Wie aus 2 ersichtlich ist, ist die Vorlaufleitung 100 mit mehreren Leitungen 101 und die Rücklaufleitung 400 mit mehreren Rücklaufkanalleitungen 401, 402 verbunden. Die Leitungen 101 und die Rücklaufkanalleitungen 401, 402 sind im Radiator parallel zueinander angeordnet. Sie erstrecken sich jeweils von einem der Vorlaufleitung 100 bzw. der Rücklaufleitung 400 näher liegenden Ende des Radiator 32 zu einem der der Vorlaufleitung 100 bzw. der Rücklaufleitung 400 entfernten Ende des Radiators 32. Jede Leitung 101 mündet an dem von der Vorlaufleitung 100 bzw. der Rücklaufleitung 400 entfernten Ende des Radiators 32 in zwei Rucklaufkanalleitungen 401, 402.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht von schräg vorne von einer Heizvorrichtung 1. Die Heizvorrichtung weist eine Brennkammer 10 und einen Pelletbrenner 11 auf, der über eine Transportleitung 16 mit Pellets versorgt wird. Zusätzlich weist die Heizvorrichtung 1 eine Luftabzugsleitung 12 auf, mittels der die in der Brennkammer 10 entstandenen Gase aus der Heizvorrichtung 1 entfernt werden können. Die Brennkammer 10 ist mit der Luftabzugsleitung 12 über mindestens eine Verbindungsleitung 15 verbunden. Die Verbindungsleitung 15 wird in dieser Ausführungsform aus einer Vielzahl von parallelen Rohren 15 gebildet.
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Zwischen der Luftabzugsleitung 12 und der Brennkammer 10 ist ein Wärmetauscher 20 angeordnet. Der Wärmetauscher 20 ist dabei derart zwischen der Luftabzugsleitung 12 und der Brennkammer 10 angeordnet, dass sich dazwischen ein Luftabzugsraum 17 ausbildet, wobei die Luftabzugsleitung 12 mit dem Luftabzugsraum 17 verbunden ist. Es sind auch Ausführungsformen vorstellbar, die keinen Luftabzugsraum 17 aufweisen und bei denen die Luftabzugsleitung 12 direkt mit der Verbindungsleitung 15 verbunden ist.
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Der Wärmetauscher 20 ist als ein spiralförmiges Leitblech ausgebildet, das die Verbindungsleitung 15 umläuft. Zusätzlich weist der Wärmetauscher 20 an der zur Luftabzugsleitung 12 näher liegenden Seite eine Lufteintrittsöffnung 22 auf, die mit der Rücklaufleitung 400 verbunden ist. Der Wärmetauscher 20 weist an seiner der Brennkammer 10 näher liegenden Seite eine Luftaustrittsöffnung 23 auf, die mit der Vorlaufleitung 100 verbunden ist. Durch das spiralförmige Leitblech wird erreicht, dass im Wärmetauscher die Luft zwischen der Lufteintrittsöffnung 22 und der Luftaustrittsöffnung 23 einen spiralförmigen Strömungsweg durchläuft.
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Der Wärmetauscher 20 kann von dem Brennraum 10 und von dem Luftabzugsraum 17 jeweils durch Trennelemente 13, die vorzugsweise als Bleche ausgebildet sind, getrennt werden. Alternativ ist es vorstellbar, dass die äußersten Leitbleche des Wärmetauschers 20 jeweils zur Trennung eines Innenraums des Wärmetauschers 20 von dem Luftabzugsraum 17 und der Brennkammer 10 dienen. Durch die Trennelemente 13 bzw. die äußersten Leitbleche des Wärmetauschers 20 soll sichergestellt werden, dass das in der Brennkammer 10 entstandene Abgas nicht in den Wärmetauscher 20 strömen und sich mit der dort befindlichen Luft vermischen kann. Die Trennelemente 13 weisen jeweils Öffnungen 14 für die Verbindungsleitungen 15 auf, so dass durch die Trennelemente 13 eine Abgasströmung aus dem Brennraum 10 über die Verbindungsleitung 15 und den Luftabzugsraum 17 in die Luftabzugsleitung 12 nicht behindert wird.
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Im Folgenden wird der Aufheizvorgang des Heizgasumwälzofens 30 unter Verwendung der Heizvorrichtung 1 beschrieben. Mittels des in 2 gezeigten Ventilators 40 wird Luft über die Rücklaufleitung 400 angesaugt und über die Lufteintrittsöffnung 22 dem Wärmetauscher 20 zugeführt. Die angesaugte Luft durchläuft den Wärmetauscher 20 von der der Luftabzugsleitung 12 näher liegenden Seite bis zu der der Brennkammer 10 näher liegenden Seite und tritt über die Luftaustrittsöffnung 23 aus dem Wärmetauscher 20 aus.
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Gleichzeitig werden die mit der Transportleitung 16 zugeführten Pellets mittels des Pelletbrenners 11 verbrannt, wodurch in der Brennkammer 10 ein heißes Abgas entsteht. Das heiße Abgas strömt über die Verbindungsleitung 15 und den Luftabzugsraum 17 in die Luftabzugsleitung 12. Aufgrund der Anordnung der Eintritts-/Austrittsöffnung 22, 23 des Wärmetauschers 20 stellt sich eine Luftströmung ein, deren Strömungsrichtung zu der Strömungsrichtung des Abgases entgegengesetzt ist. Dadurch wird ein effizienter Wärmeaustausch zwischen diesen beiden Medien sichergestellt.
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Die aus dem Wärmetauscher 20 ausgetretene heiße Luft wird über die Vorlaufleitung 100 dem in dem Heizgasumwälzofen 30 befindlichen Radiator 32 zugeführt. Die heiße Luft durchströmt jeweils die Leitungen 101 und die Rücklaufkanalleitungen 401, 402 des Radiators 32. Während dieses Durchströmens erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen dem Radiator 32 und der Backplatte 31. Die erwärmte Backplatte 31 wird dann zum Aufheizen der Backkammer 34 verwendet.
