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Die Erfindung betrifft einen Backofen in der Bauart als Stikkenofen, mit einer durch eine Ofentür hindurch mit Backgut beschickbaren Backkammer, einem auf einem Teilumfang der Backkammer zwischen einer Innenwand und einer Außenwand um die Backkammer herum geführten Heißluftkanal, der an seinem einen Ende mit Ansaugöffnungen, über die Luft aus der Backkammer absaugbar ist, und an seinem anderen Ende mit Austrittsöffnungen versehen ist, über die an längs des Heißluftkanals angeordneten Wärmetauscherflächen erhitzte Backluft in die Backkammer eintritt.
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Bei einem Stikkenofen ist das auf Backblechen aufliegende Backgut in einem fahrbaren Backgutträger, auch Backwagen oder Stikkenwagen genannt, in mehreren Etagen angeordnet. Der Backwagen wird vor dem Backvorgang außerhalb des Backofens mit den Backwaren, z. B. Brötchen, Brezeln, Brot etc. bestückt, und dann so komplettiert in den Backofen gefahren. Im Unterschied zu einem Wagenofen steht der Backwagen bei einem Stikkenofen auf einer Drehplatte, wodurch der Backwagen während des Backvorgangs gedreht werden kann, um das Backgut von allen Seiten gleichmäßig zu backen. Alternativ kann im Ofen eine Hebevorrichtung vorgesehen sein, die zudem auch eine Drehung des Stikkenwagens durchführen kann. Der Stikkenwagen wird in diesem Fall im Ofen aufgehängt, so dass er frei schwebt und mit Hilfe der Drehvorrichtung in der Backkammer um eine vertikale Achse rotiert.
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Bekannt sind Stikkenöfen, bei denen die zum Aufheizen der Luft verwendeten Wärmetauscher aus flachen oder gebogenen Platten bestehen, an deren einer Seite energiereiches Heizgas, das beispielsweise von einem Brenner erhitzt wurde, entlangströmt, wohingegen an der anderen Seite Heißluft zum Einleiten in die Backkammer und damit zum Erwärmen des Backguts vorbeigeleitet wird. Derartige Stikkenöfen sind z. B. aus der
DE 199 63 967 A1 und der
DE 101 21 415 B4 bekannt. Über einen Teilumfang der Backkammer ist um diese herum ein Heißluftkanal geführt. Aus der Backkammer angesaugte Luft gelangt in den Heißluftkanal, und wird auf der der Backkammerwand abgewandten Seite an der dortigen gemeinsamen Trennwand mit dem Heizgaskanal, in dem die unmittelbar durch den Brenner erhitzte Luft strömt, aufgeheizt. Die so aufgeheizte Luft wird dann in die Backkammer eingeleitet. Der Backprozess erfolgt fast ausschließlich durch Konvektion
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Backofen in der Bauart als Stikkenofen zu schaffen, der durch verbesserte Wärmeübertragungsmechanismen die Bräunung der Backwaren beschleunigt. Der Backofen soll wartungsarm, energieeffizient und kostengünstig im Betrieb sein. Dies alles soll ohne Qualitätseinbußen am Backgut erreicht werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Backofen mit den eingangs angegebenen Merkmalen vorgeschlagen, dass sich die Wärmetauscherflächen an von innen aufgeheizten Wärmetauscherplatten befinden, welche zumindest einen Teil der Innenwand des Heißluftkanals bilden.
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Da die Aufheizung der den Heißluftkanal durchströmenden Luft von innen her, also backkammerseitig, erfolgt, wird die aufgewendete Energie zusätzlich dazu verwendet, Strahlungswärme unmittelbar in die Backkammer abzugeben. Erreicht wird auf diese Weise ein kombinierter Wärmeübertragungsmechanismus aus Konvektion infolge des Umströmens des Backguts, und einem erheblichen Anteil überlagerter Strahlungswärme. Die Strahlungswärme gelangt zwar nur über einen Teil des Umfangs der Backkammer auf den darin angeordneten Stikkenwagen, dessen Drehung führt jedoch zu einer leztlich gleichmäßigen Beaufschlagung der Backwaren auch mit Strahlungswärme. Durch die direkt in die Backkammer wirkende Strahlungswärme verbessert sich die Nutzung der insgesamt eingesetzten Energie, und die Backzeiten können verkürzt werden. Insbesondere wird die Bräunung der Backwaren beschleunigt. Außerdem kann durch Nutzung der Strahlungswärme das Backgut schonender und ohne die Gefahr des Austrocknens gebacken werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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So wird mit einer ersten Weiterbildung vorgeschlagen, dass die Wärmetauscherplatten von einem erhitzten Fluid durchströmte Hohlkörper sind, wobei sich als Fluid insbesondere erhitztes Thermoöl eignet.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist jede Wärmetauscherplatte eine die Wärmetauscherfläche bildende äußere Wand und eine der Backkammer zugewandte innere Wand auf, wobei die innere Wand zugleich die Backkammerwand ist und Strahlungswärme unmittelbar in die Backkammer abgibt. Zur Verbesserung der Strahlungsleistung besteht die innere Wand der Wärmetauscherplatte vorteilhafterweise aus Keramik, oder sie ist außen mit einer Keramikschicht versehen. Zum Einsatz kommt vorzugsweise eine Funktionskeramik, welche die Wärmestrahlung verstärkt und optimiert.
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Eine weitere Ausgestaltung ist gekennzeichnet durch eine Anordnung aus mehreren in Durchströmungsrichtung des Heißluftkanals hintereinander angeordneten Wärmetauscherplatten. Vorzugsweise erstreckt sich jede dieser Wärmetauscherplatten vertikal im Wesentlichen über die gesamte Höhe der Backkammer. Dies führt zu einer kostengünstigen Bauweise
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Um hinsichtlich der Wärmetauscherplatten teure Sonderkonstruktionen zu vermeiden, sind die Wärmetauscherplatten vorzugsweise jeweils eben gestaltet und so angeordnet, dass sie gemeinsam ein Polygon um die Backkammer bilden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen betreffen einen im Heißluftkanal hinter den Ansaugöffnungen angeordneten Heißluftventilator sowie einen Fluiderhitzer, der über mindestens eine Zuflussleitung und eine Rückflussleitung mit den Wärmetauscherplatten verbunden ist.
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In dem Heißluftkanal oder an der dem Heißluftkanal zugewandten äußeren Wand der Wärmetauscherplatten können Turbulatoren angebracht sein, um den Wärmeübergang auf die Heißluft zu verbessern, und damit den Wirkungsgrad zu erhöhen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Backofens sind die Ansaugöffnungen und die Austrittsöffnungen im Wesentlichen über die gesamte Höhe der Backkammer verteilt angeordnet, um so eine gleichmäßige Beaufschlagung des Backguts in sämtlichen Höhenebenen der Backkammer zu erreichen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Backofens sind die Ansaugöffnungen und Austrittsöffnungen, bezogen auf die vertikale Mittelachse der Backkammer, einander diagonal gegenüberliegend angeordnet. Somit ergibt sich für die konvektive Wärmeübertragung auf das Backgut eine Strömung diagonal durch die Backkammer hindurch, wodurch das Backgut gleichmäßig und effektiv erwärmt wird.
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Von Vorteil ist, wenn der Heißluftventilator als Radialventilator ausgebildet ist. Dies ermöglicht die Anordnung des Ventilators über annähernd die gesamte Höhe des Heißluftkanals. Dadurch wird eine gleichmäßige Durchströmung der Backkammer mit Heißluft über annähernd die gesamte Höhe der Backkammer ermöglicht. Weiterhin wird eine große Luftmenge bei niedriger Luftgeschwindigkeit ermöglicht, was den Wärmeübergang von den Wärmetauscherflächen auf die Heißluft, und von der Heißluft auf das Backgut verbessert.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist ein Schwadenerzeuger in Durchströmungsrichtung des Heißluftkanals hinter den Wärmetauscherflächen, aber vor den Austrittsöffnungen angeordnet. Von zusätzlichem Vorteil kann sein, wenn der Schwadenerzeuger ebenfalls eine separat steuerbare Wärmetauscherplatte besitzt. Dadurch kann die Erwärmung des Schwadenerzeugers gezielter und effektiver erfolgen, wodurch die Leistungsfähigkeit des Schwadenerzeugers stark verbessert und heiztechnisch vom Backraum entkoppelt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist der Heißluftkanal eine Strömungsumlenkung um 180° um eine vertikale Achse auf, wobei sich die Strömungsumlenkung in Durchströmungsrichtung hinter den Wärmetauscherflächen und vor dem Schwadenerzeuger befindet. Durch diese Ausgestaltung wird eine besonders kompakte Geometrie der Strömungsführung erreicht, wodurch die Außenmaße des Backofens gering gehalten werden können.
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Einzelheiten, Vorteile und Weiterentwicklungen der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1 in schematischer Darstellung einen horizontalen Schnitt durch einen Stikkenofen.
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Der Stikkenofen weist in seinem Inneren eine Backkammer 4 auf, die im Wesentlichen von einer Backkammerwand 10 und von einer verschließbaren Ofentür 2 gebildet wird. Die Backkammer 4 ist nach oben und nach unten durch weitere, hier nicht näher dargestellte Wandelemente abgeschlossen. Da die 1 den Ofen in einem horizontalen Schnitt mit Blickrichtung von oben her zeigt, ist nur der Boden der Backkammer sichtbar. An diesem Boden ist ein drehbarer Teller 3 mit vertikaler Drehachse bzw. Mittelachse A vorgesehen. Der Teller 3 wird über einen nicht dargestellten Elektromotor in Drehung um die vertikale Achse A versetzt.
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Das Backgut befindet sich auf einem Backgutträger 6, der in die Backkammer 4 eingebracht, und möglichst zentral auf dem drehbaren Teller 3 platziert wird. Der Backgutträger 6, auch als Stikkenwagen bezeichnet, besteht aus einem Gestell mit Rädern an der Unterseite. In dem Gestell sind in mehreren Ebenen übereinander Backgutbleche eingeschoben, auf denen das Backgut liegt, z. B. Brötchen oder Brezeln.
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Alternativ kann der Backgutträger 6 auch eine Aufhängevorrichtung aufweisen, mittels der der Backgutträger 6 an einer Drehvorrichtung in der Backkammer 4 aufgehängt werden kann. Die Aufhängevorrichtung ist dann ebenfalls über einen Motor drehbar angetrieben, so dass der Backgutträger 6 innerhalb der Backkammer um eine vertikale Achse A rotiert.
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An der der Ofentür 2 gegenüberliegenden Rückseite der Backkammer 4 sind, als Teil der Backkammerwand, mehrere Wärmetauscherplatten 11 angeordnet. Die Wärmetauscherplatten 11 sind als allseits geschlossene Hohlkörper ausgebildet. Sie erstrecken sich vorzugsweise annähernd über die gesamte Höhe der Backkammer 4. Nach oben und nach unten ist die Backkammer 4 durch weitere Wandelemente begrenzt und abgeschlossen.
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Die Wärmetauscherplatten 11 sind vorzugsweise als ebene Platten gestaltet und in Gestalt eines Polygons um die Backkammer 4 herum angeordnet, hier in der Ausführung mit drei Platten. Sie sind von innen her durch ein in den Platten 11 strömendes Fluid aufheizbar. Als Fluid besonders geeignet ist Thermoöl, da dieses hohe Temperaturen transportieren kann. Das Fluid bzw. Thermoöl wird in einem separaten Kessel erhitzt, von dem aus mindestens eine Zuflussleitung und mindestens eine Rückflussleitung zu den Wärmetauscherplatten 11 führt. Der Kessel kann eine eigene Temperaturregelung haben, um so das Thermoöl auf eine bestimmte Temperatur zu erhitzen. Die Temperaturregelung im Ofen erfolgt, vergleichbar einem Heizungsthermostat, durch Schließen des Vorlaufs bzw. Öffnen eines Bypass, um dadurch den Strömungskreislauf in Betrieb zu halten.
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Ein Heißluftventilator 7 saugt Luft aus der Backkammer 4 ab, wozu sich in der Wand der Backkammer 4 Ansaugöffnungen 5 befinden. Der Heißluftventilator 7 ist hier als Radialgebläse ausgebildet, das über einen Elektromotor angetrieben wird. Die Drehzahl kann variabel eingestellt werden. Der Heißluftventilator 7 ist so angeordnet, dass seine Achse senkrecht verläuft, also parallel zur Achse A des Backgutträgers 6. Der den Heißluftventilator 7 aufnehmende Ventilatorkanal erstreckt sich über nahezu die gesamte Höhe der Backkammer 4.
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Von dem Ventilator 7 aus ist ein Heißluftkanal 8 um einen Teilumfang der Backkammer 4 herum geführt. Der Heißluftkanal 8 weist eine der Backkammer 4 zugewandte Innenwand und eine der Backkammer 4 abgewandte Außenwand 12 auf, zwischen denen die Luft strömt. Die der Backkammer 4 zugewandte Innenwand des Heißluftkanals 8 wird durch die äußere Wand der Wärmetauscherplatten 11 gebildet. Diese äußere Wand bildet eine konvektiv arbeitende Wärmetauscherfläche 10.
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Die Außenwand 12 des Heißluftkanals 8 ist an ihrer Außenseite mit Dämmmaterial belegt, um Wärmeverluste über diese Wand 12 zu verhindern. Das Dämmmaterial füllt den Zwischenraum 19 zwischen der Außenwand 12 und der Außenwand, z.B. Rückwand, des Stikkenofens
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Die innere Wand 14 der Wärmetauscherplatte 11 ist unmittelbar ein Teil der Backkammerwand, begrenzt diese also. Die innere Wand 14 der Wärmetauscherplatte 11 dient als Strahler und besteht, um das Abstrahlverhalten dieser Wand zu verbessern, entweder aus Keramik, oder sie ist mit einer geeigneten Keramikschicht versehen.
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Der Heißluftkanal 8 führt über einen Teilumfang um die Backkammer 4 herum und endet auf der anderen Seite in Austrittsöffnungen 13, über die die längs des Heißluftkanals ausgeheizte Luft wieder in die Backkammer 4 gelangt. Die Austrittsöffnungen 13 sind als Zuluftschlitze so ausgebildet, dass der größere Teil der Heißluft zentral durch die Backkammer geführt wird. Dies bewirkt, dass das Backgut gleichmäßig gebacken wird. Der Heißluftkanal 8 erstreckt sich, ebenso wie die Ansaugöffnungen 5 und die Austrittsöffnungen 13, annähernd über die gesamte Höhe der Backkammer 4.
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In Durchströmungsrichtung kurz vor den Austrittsöffnungen 13 ist in dem Heißluftkanal 8 ein Schwadenerzeuger 16 angeordnet. Die Erwärmung des Schwadenerzeugers 16 erfolgt durch eine separate, weitere Wärmetauscherplatte 15, deren Erhitzung ebenfalls durch den Kreislauf des Thermoöls erfolgt. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Schwadenerzeuger 16 am Ende des Heißluftkanals 8 kurz vor den Austrittsöffnungen 13 angeordnet.
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Durch den Schwadenerzeuger 16 wird Dampf in einer gewünschten Menge erzeugt, indem der Schwadenerzeuger 16 über Lanzen Wasser in der erforderlichen Menge zuführt. Da der Schwadenerzeuger 16 im Betrieb sehr heiß wird, verdampft das über die Lanzen abgegebene Wasser sofort.
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Durch die Anordnung des Schwadenerzeugers 16 kurz vor der Austrittsöffnung 13 gelangt der Dampf unmittelbar nach seiner Erzeugung an das Backgut, da der Weg dorthin der kürzestmögliche ist. Dadurch kann sich der Dampf nach seiner Erzeugung nicht mehr weiter erhitzen. Dies ist vorteilhaft für die Qualität des Backguts, da sich der kühlere Dampf schneller am Backgut niederschlägt und kondensiert. Durch die zugeführte Feuchtigkeit werden die Poren des Backguts geschlossen und ein Austrocknen wird verhindert. Außerdem bekommt das Backgut eine glänzende Außenhaut, was dem Backgut ein ansprechendes Aussehen verleiht.
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Den Austrittsöffnungen 13 in Bezug auf die Mittelachse A der Backkammer 4 diagonal gegenüberliegend sind die Ansaugöffnungen 5 angeordnet. Auch die Ansaugöffnungen 5 erstrecken sich annähernd über die gesamte Höhe der Backkammer 4, und sie sind gleichmäßig über die gesamte Höhe des sich anschließenden Heißluftkanals 8 angeordnet. Den Ansaugöffnungen 5 unmittelbar nachgeschaltet ist der Heißluftventilator 7.
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Vorzugsweise hat die Backkammerwand eine Höhe von ca. 2.000 mm. Entsprechend groß ist die zur Verfügung stehende Höhe für die Wärmetauscherplatten 11, deren innere Wände einen großen Teil der Backkammerwand bilden. Die große Fläche der Wärmetauscherplatten 11 ist sehr gut geeignet, die durch das heiße Thermofluid in das Innere der Wärmetauscherplatten 11 eingebrachte Wärme sowohl unmittelbar an die Backkammer 4 als Wärmestrahlung, als auch an die unter Durchströmen des Heißluftkanals 8 in dem Ofen zirkulierende Luft weiterzugeben.
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Zur Verbesserung der Konvektion können im Heißluftkanal 8 Luftverwirbelungsbleche (Turbulatoren) angeordnet sein. Diese dienen dazu, die vom Heißluftventilator 7 längs des Heißluftkanals 8 geförderte Luft gleichmäßig über die Wärmetauscherflächen 10 der Wärmetauscherplatten 11 zu verteilen.
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Für ein besonders kompaktes Bauvolumen des Backofens ist der Heißluftkanal 8 nahe seines Endes mit einer Strömungsumlenkung 17 um 180° um eine vertikale Achse versehen. Diese Strömungsumlenkung 17 befindet sich in Durchströmungsrichtung hinter den Wärmetauscherflächen 10 und vor dem Schwadenerzeuger 16.
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Im Folgenden wird die Funktion des Ofens beschrieben.
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Das Backgut wird auf Backblechen etagenweise übereinander in dem fahrbaren Backgutträger 6 angeordnet. Der Backgutträger wird in die Backkammer 4 eingebracht und auf dem drehbaren Teller 3 platziert. Der drehbare Teller 3 dreht sich während des Backvorgangs kontinuierlich oder intermittierend in der durch den Pfeil gezeigten Richtung. Es ist aber auch denkbar, dass der Drehteller 3 seine Drehrichtung in bestimmten Intervallen immer wieder wechselt.
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Die erwärmten Wärmetauscherplatten 11 geben an der der Backkammer 4 zugewandten Seite Wärme über Strahlung an die Backkammer 4 und somit an das Backgut ab. Durch diese Wärmestrahlung erhöht sich die Wärmeenergie, die an das Backgut abgegeben wird, wesentlich. Es wird somit Zeit und Energie für den Backvorgang gespart.
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Auf der der Backkammer 4 abgewandten Seite der Wärmetauscherplatten 11 befindet sich der Heißluftkanal 8. Die Heißluft 9 wird mittels des Heißluftventilators 7 durch die Ansaugöffnung 5, die über annähernd die gesamte Höhe der Backkammer 4 verteilt angeordnet ist, aus der Backkammer 4 angesaugt, wobei über die Höhe der Backkammer ein gleichmäßiger Luftstrom erreicht wird, und in den Heißluftkanal 8 gelangt. Dadurch kann die Heißluft 9 die von den Wärmetauscherplatten 11 abgegebene Wärme optimal übernehmen, und die Wärmetauscherplatten 11 ihrerseits wieder kühlen. Die große Fläche der Wärmetauscherplatten 11 sorgt dabei für einen effizienten Wärmeübergang.
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Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass keine Rohre oder ähnliche Bauteile den Luftstrom der zu erhitzenden Heißluft behindern und einen Gegendruck erzeugen, wie dies beispielsweise in einem Röhrentauscher der Fall ist. Dadurch genügt es, wenn ein verhältnismäßig kleines Gebläse verwendet wird, da kaum Strömungswiderstände überwunden werden müssen. Als Gebläse wird ein Radialgebläse verwendet. Dieses kann mit einer relativ geringen Drehzahl betrieben werden, da die Luft keine großen Widerstände überwinden muss. Dadurch kann die Luftgeschwindigkeit niedrig gehalten werden. Eine niedrige Luftgeschwindigkeit ist für die Backqualität vorteilhaft. Sie verhindert, dass das Backgut schnell austrocknet.
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Wie in 1 dargestellt ist, strömt die Heißluft im Heißluftkanal 8 von links nach rechts im Uhrzeigersinn. Am Ende des Heißluftkanals 8 tritt sie durch die Austrittsöffnungen 13, die ebenfalls über annähernd die gesamte Höhe der Backkammerwand gleichmäßig verteilt sind, wieder aus und gelangt zurück in die Backkammer 4, wobei gemeinsam mit den gleichmäßig über die annähernd gesamte Höhe der Backkammer 4 verteilten Ansaugöffnungen 5 über die Höhe der Backkammer ein gleichmäßiger, horizontaler Luftstrom gebildet wird. Es findet also eine geschlossene Luftzirkulation in dem Backofen statt.
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Im Heißluftkanal 8 befindet sich der Schwadenerzeuger 16. Dieser dient dazu, der erhitzen Heißluft Dampf zuzugeben. Dadurch wird die Qualität des Backguts verbessert, da sich der Dampf auf dem Backgut niederschlägt, dort die Poren verschließt und somit ein Austrocknen der Ware verhindert. Der Dampf sollte möglichst nach seiner Erhitzung nicht weiter erhitzt werden, da ein möglichst kühler Dampf am Backgut schneller kondensiert und die Feuchtigkeit abgeben kann. Der Dampf wird in der gewünschten Menge erzeugt, indem dem Schwadenerzeuger 16 über Lanzen Wasser in der erforderlichen Menge zugeführt wird, das durch die Hitze sofort verdampft. Damit der Dampf jedoch nicht zu heiß werden kann, sondern möglichst schnell zum Backgut gelangt, ist der Schwadenerzeuger 16 kurz vor den Austrittsöffnungen 13 angeordnet.
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Als Alternative kann die der Backkammer 4 zugewandte Oberfläche der Wärmetauscherplatten 11 mit einer Funktionskeramik beschichtet werden. Dadurch können dann die Abstrahleigenschaften der Wärmetauscherplatten 11 verbessert und damit der Strahlungswärmeanteil gesteigert werden, wodurch der Backprozess nochmal beschleunigt und der Energiebedarf gesenkt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Ofentür
- 3
- Drehteller
- 4
- Backkammer
- 5
- Ansaugöffnungen
- 6
- Backgutträger
- 7
- Ventilator
- 8
- Heißluftkanal
- 10
- Wärmetauscherfläche
- 11
- Wärmetauscherplatte
- 12
- Außenwand
- 13
- Austrittsöffnungen
- 14
- innere Wand
- 15
- Wärmetauscherplatte des Schwadenerzeugers
- 16
- Schwadenerzeuger
- 17
- Strömungsumlenkung
- 19
- Zwischenraum
- A
- Mittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19963967 A1 [0003]
- DE 10121415 B4 [0003]
