DE212014000149U1

DE212014000149U1 - Dampferzeugungssystem

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Publication number: DE212014000149U1
Application number: DE212014000149.8U
Authority: DE
Original assignee: Revent International AB
Current assignee: Revent International AB
Priority date: 2013-07-05
Filing date: 2014-07-03
Publication date: 2016-02-16
Anticipated expiration: 2024-07-04
Also published as: EA201690060A1; ES1150433U; EP3016517A1; AU2014284710A2; PL3016517T3; EP3016517B1; CN105491887A; BR212016000090Y1; AU2014284710A1; WO2015002603A1; ES2649726T3; KR20160001297U; EA029854B1; KR200488862Y1; CN105491887B; US10231461B2; DK3016517T3; US20160150797A1; RU168571U1; AU2014284710B2

Abstract

Dampferzeugungssystem in einem Ofen (2), der ein äußeres Gehäuse (4), das eine Ofenkammer (6) umschließt, einen Heißluftkanal (8), der von Heißluft (10) durchströmt werden wird, und einen Heißlufteinlass in der Form einer Reihe von Öffnungen in der Wand der Ofenkammer (6), durch die Heißluft in die Ofenkammer (6) geblasen wird, einen Abgas-auslass, über den Heißluft aus der Ofenkammer (6) entfernt wird, und eine Tür umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Dampferzeugungssystem eine Steuereinheit (12), die zum Steuern einer Back- oder Kochprozedur durch Erzeugen von Steuersignalen (14) angepasst ist, mindestens ein längliches Dampferzeugungsmodul (16), das horizontal in dem Heißluftkanal (8) angeordnet ist, wobei das Dampferzeugungsmodul (16) um eine Längsachse (18) rotierbar ist und eine vorbestimmte Anzahl von Dampfmodulelementen (20) umfasst, wobei jedes Dampfmodulelement (20) länglich ist und eine Hauptoberfläche (22) umfasst, die mit einer allgemein flachen Ausdehnung versehen ist, die Dampferzeugungselemente (20) parallel übereinander in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, und mindestens ein Wasserzufuhrbauglied (23), das in Verbindung mit dem beziehungsweise den Dampferzeugungsmodul(en) angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, dem beziehungsweise den Modul(en) Wasser zuzuführen, umfasst, wobei das Dampferzeugungsmodul (16) dazu angepasst ist, sich in zwei Zuständen zu befinden: – einem Dampferzeugungszustand, während mindestens eines Teils des Zustandes wird dem Modul Wasser zugeführt, und während des Zustandes befinden sich die Hauptoberflächen (22) der Elemente (20) in einer im Wesentlichen horizontalen Position, so dass Wasser verdampfen kann, – einem Heißluftzustand, in dem die Hauptoberflächen (22) der Elemente (20) sich in einer im Wesentlichen vertikalen Position befinden, so dass Heißluft das Modul (16) passieren kann.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dampferzeugungssystem gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs und insbesondere ein Dampferzeugungssystem für einen Ofen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es sind Bäckerei-Heißluft-Gestellöfen bekannt, in die das Backgut auf Backunterlagen eingeschoben wird, welche auf quadratischen oder rechteckigen Blechen oder Pfannen angeordnet sind, die in einem quadratischen, mit Rädern versehenen Gestell gehalten werden. Das Gestell soll in die Ofenkammer des Ofens eingeschoben werden und während des Backvorgangs dort verbleiben. Die Ofenkammer hat einen rechteckigen, quadratischen oder kreisförmigen horizontalen Querschnitt (d. h. der von oben gesehene Querschnitt ist rechteckig, quadratisch oder kreisförmig) und ist dazu bemessen, ein Gestell aufzunehmen und dessen Rotation zuzulassen. Zum Backen des Backguts kann Heißluft über eine oder zwei Ecköffnungen in die Ofenkammer gelassen werden. Hierdurch entsteht ein Temperaturgefälle durch die Ofenkammer, was zu einer ungleichmäßigen Garung des Backguts führen kann. Um ein ungleichmäßiges Backen des Backguts zu reduzieren, wird das Gestell während des Backprozesses um eine vertikale Achse rotiert. Dies kann erreicht werden, indem das Gestell während des Backprozesses auf einer Drehscheibe angeordnet wird oder indem das Gestell mit einem rotierbaren Haken angehoben wird, der während des Backprozesses rotiert wird. Nach Ende des Backprozesses wird das Gestell aus dem offenen Gestellofen entnommen (nachdem es abgesenkt und von dem Haken abgekoppelt wurde, sofern ein solcher Haken verwendet wird). Ein Beispiel für einen solchen Gestellofen ist aus der US3954053 bekannt. Dieser hat eine im Wesentlichen rechteckige Ofenkammer mit einer geraden Rückwand, zwei parallelen, voneinander beabstandeten Seitenwänden, die senkrecht zu der Rückwand angeordnet sind, und einer gebogenen Tür, die das vordere Ende der Ofenkammer verschließen kann.
In der folgenden Beschreibung werden Merkmale, die in der Technik bekannt sind, wie etwa Heißluftzufuhr- und -abfuhrsysteme, nicht ausführlich beschrieben, sofern dies nicht zum Verständnis der Erfindung notwendig ist.
Ein herkömmlicher Gestellofen hat ein äußeres Gehäuse, das eine Ofenkammer umschließt, einen Heißluftkanal, der von Heißluftdurchströmt werden wird, und einen Heißlufteinlass in der Form einer vertikalen Reihe horizontaler Öffnungen in der Wand der Ofenkammer, durch die Heißluft in die Ofenkammer geblasen wird, einen Abgasauslass, durch den Heißluft aus der Ofenkammer entfernt wird, und eine Tür. Wie bei Bäckereiöfen üblich, wird mindestens ein Teil der Abluft von einem Gebläse durch geeignete Leitungen an einer Heizvorrichtung vorbei und über einen Heißlufteinlass wieder in die Ofenkammer geleitet.
Die Nahrungsmittel werden auf Pfannen, Blechen, Einlagen oder anderen geeigneten Trägern in einem mit Rädern versehenen Gestell platziert, das in die Ofenkammer gebracht wird, und die Form der Öffnungen in dem Heißlufteinlass ist bevorzugt so gestaltet, dass Heißluft auf eine gewünschte Weise durch die Ofenkammer strömt. Bevorzugt ist der Heißluftstrom so angeordnet, dass die Erhitzung des Backguts gleichmäßig erfolgt, wobei eine gleichmäßige Wärmeübertragung vom oberen zum unteren Ende des Gestells sowie vom äußeren Rand zur Mitte des Backblechs erfolgt. Dies kann durch Anwinkeln der Öffnung nach oben in der Weise erreicht werden, dass die Luftströme in einem Aufwärtswinkel auf die Backbleche treffen, um der Unterseite des Backguts Wärme zuzuführen. Die Erhitzung der Produkte in dem Ofen erfolgt somit durch direkte Berührung mit einem Strom Heißluft sowie auch indirekt durch die Backbleche, auf denen sie liegen. Das mit Rädern versehene Gestell ist bevorzugt von der Decke der Ofenkammer durch einen angetriebenen Gestellrotationsmechanismus zum Rotieren des Gestells gehalten, das um eine im Wesentlichen vertikale Achse rotiert.
Die Heißluft zum Garen von Nahrungsmitteln in Bäckereiöfen kann erzeugt werden, indem Brennstoff in einem Brenner verbrannt wird und die Wärme in den Abgasen über einen Kreuzstromwärmetauscher auf Garluft übertragen wird, ohne dass die Garluft durch die Abgase verunreinigt wird.
Eine Aufgabe bei der Konstruktion von Bäckereiöfen ist die Verbesserung des energetischen Wirkungsgrades des Ofens, während gleichzeitig der Platzverbrauch des Ofens möglichst klein gehalten wird, ohne das Backleistungsvermögen des Ofens zu verringern.
In einer Backprozedur wird bevorzugt frühzeitig Dampf verwendet, um die Elastizität der Brotoberfläche zu beeinflussen und die Oberfläche außerdem glänzend zu gestalten. Der Dampf wird normalerweise über den Heißluftkanal über die Öffnungen in die Ofenkammer geleitet.
Die Siedegeschwindigkeit hat Einfluss auf das Backen des Backguts im Ofen, da das Gluten auf der Oberfläche kristallisiert und eine Oberfläche bildet, die sich ohne Risse ausdehnen kann. Dampf bewirkt dies durch die Benetzung der Oberfläche zusammen mit der unmittelbaren Energieübertragung, wenn Dampf auf der Teigoberfläche zu Wasser kondensiert. Ohne Zugabe von Dampf trocknet die Oberfläche und bildet eine trockene Oberfläche. Daher ist die Verdampfungsgeschwindigkeit von Bedeutung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Dampfprozedur einer Back- oder Kochprozedur zu erzielen, indem die Verdampfungsgeschwindigkeit erhöht wird und der Einfluss des Heißluftstroms während der Haupt-Backprozedur minimiert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die oben genannte Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Die Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung durch Anordnung eines Dampferzeugungsmoduls in einem Heißluftströmungskanal eines Backofens gelöst. Das Dampferzeugungsmodul ist dazu ausgebildet, sich in zwei Zuständen zu befinden, einem Dampferzeugungszustand und einem Heißluftzustand. Die unterschiedlichen Zustände werden durch Rotieren des Moduls um circa 90 Grad entlang seiner Längsachse erreicht.
Das erfindungsgemäße System nutzt den sogenannten Leidenfrost-Effekt, der bewirkt, dass das Wasser in Form von Wasserblasen sich aufgrund des Dampfpolsters unterhalb der Blase auf der Oberfläche des Dampfmodulelementes bewegt. Mit der Bewegung des Wassers auf der Oberfläche entsteht weiterer Dampf.
Im Dampferzeugungszustand scheint das Wasser während der Verdampfung auf der Hauptoberfläche zu ”gleiten”, und einem Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, dem verdampften Wasser einen Raum zum Entweichen zu geben, um die Verdampfungsgeschwindigkeit weiter zu verbessern; gleichzeitig mit einer Vergrößerung der Oberfläche zum Vorheizen des Wassers, bevor sich dieses zu der nächsten Reihe von Platten weiterbewegt. Durch Vorsehen spezifischer Oberflächenstrukturen auf der Hauptoberfläche wurde eine verbesserte Verdampfung erreicht. Gemäß einer Ausführungsform wird dies durch Erzeugung unterschiedlicher Oberflächenebenen auf der Hauptoberfläche des Dampferzeugungselementes in der Weise erreicht, dass die Oberfläche aus mindestens zwei Oberflächenebenen besteht, einer oberen Oberflächenebene, einer ersten unteren Ebene, einer zweiten unteren Ebene usw. – einer, wo das Wasser gleitet, und einer zweiten oder weiteren unter derselben, wo das Gas entweichen kann. Wenn die Dampfprozedur abläuft, ist die Hauptoberfläche im Wesentlichen horizontal ausgerichtet.
Wenn der Hauptoberfläche Wasser zugeführt wird, entsteht die unmittelbare Verdampfung auf der oberen Oberflächenebene, wobei sich unter dem Wasser eine Gasblase bildet. Hierdurch wird das Wasser von der Oberfläche weg nach oben getrieben. Die untere(n) Oberflächenebene(n) erhitzen ebenfalls das Wasser, und der zum Anheben des Wassers benötigte Gasdruck erhöht sich und die Verdampfungsgeschwindigkeit erhöht sich.
Die unterschiedlichen Oberflächenebenen sind durch Vorsehen von Kanälen oder Vertiefungen auf der Hauptoberfläche gestaltet, wo das verdampfte Gas austreten kann, so dass das Gas nicht eingeschlossen wird. Dies bewirkt eine kontinuierliche Verdampfung, bis die Energie nicht mehr ausreicht, um das Wasser über der Oberfläche zu halten. Das Wasser verdampft, bis die Oberfläche einen Gleichgewichtszustand mit der Umgebung erreicht hat, der von Druck, Temperatur und Feuchtigkeit abhängt.
Der Größen- und Höhenunterschied der unterschiedlichen Ebenen ist abhängig von der Masse, der Größe der Oberfläche und dem Material. Es ist ein Wechselspiel zwischen der erzeugbaren Dampfmenge, der Oberflächengröße und der gewünschten Dampfgeschwindigkeit.
In einer Ausführungsform besteht die Hauptoberfläche aus zwei Oberflächenebenen, die obere Oberflächenebene hat eine Fläche A, und die erste untere Oberflächenebene hat eine Fläche B. Das Verhältnis zwischen A und B ist eine der Möglichkeiten zum Bestimmen der Fähigkeiten der Hauptoberfläche. Durch Ändern des Quotienten A/B lassen sich unterschiedliche Verdampfungsgeschwindigkeiten erreichen.
In einer weiteren Ausführungsform sind in der Hauptoberfläche der Dampfmodulelemente durchgängige Öffnungen vorgesehen, z. B. quadratische oder rechteckige Öffnungen, die es ermöglichen, dass überschüssiges Wasser zu dem Dampfmodulelement darunter fällt, wo dieselbe Prozedur, d. h. Verdampfung, stattfindet. Die Dampfmodulelemente können bevorzugt mit angewinkelten Seitenoberflächen versehen sein, und der Zweck der angewinkelten Seitenoberflächen besteht in der Rückführung des Wassers zu der Hauptoberfläche.
KURZE BESCHREIBUNG DER BEILIEGENDEN ZEICHNUNGEN
1 ist ein vereinfachtes schematisches Blockdiagramm, das einen Ofen mit einem Dampferzeugungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert.
2–4 zeigen unterschiedliche Ansichten eines Dampferzeugungsmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 und 6 zeigen jeweils schematisch das Dampferzeugungsmodul in den zwei unterschiedlichen Zuständen.
7 und 8 zeigen jeweils Querschnittsansichten unterschiedlicher Ausführungsformen von Dampfmodulelementen gemäß der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt unterschiedliche Ansichten eines Dampferzeugungsmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung.
10–12 zeigen Querschnittsansichten des Dampferzeugungsmoduls gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen.
13 und 14 zeigen Draufsichten auf das Dampferzeugungselement gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung.
15 und 16 zeigen Draufsichten auf das Dampferzeugungselement gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung.
17–19 zeigen eine perspektivische Ansicht, eine Querschnittsansicht beziehungsweise eine Draufsicht des Dampferzeugungselementes gemäß wiederum weiteren Ausführungsformen der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren ausführlich beschrieben. In den Figuren wurden durchgängig gleiche Bezugszeichen zur Kennzeichnung gleicher oder ähnlicher Elemente verwendet.
Zunächst unter Bezugnahme auf 1 betrifft die vorliegende Erfindung ein Dampferzeugungssystem in einem Ofen 2. Der Ofen 2 umfasst ein äußeres Gehäuse 4, das eine Ofenkammer 6 umschließt, einen Heißluftkanal 8, der von Heißluft 10 durchströmt werden wird. Weiterhin verfügt der Ofen über einen Heißlufteinlass in der Form eine Reihe von Öffnungen (nicht gezeigt) in der Wand der Ofenkammer 6, durch die Heißluft in die Ofenkammer 6 geblasen wird, was durch einen gestrichelten Pfeil dargestellt ist, einen Abgasauslass (nicht gezeigt), über den Heißluft aus der Ofenkammer 6 entfernt wird, was durch einen gestrichelten Pfeil dargestellt ist, und eine Tür (nicht gezeigt). Es wird angemerkt, dass alternativ die Heißluft auch entgegengesetzt zu der in 1 illustrierten Richtung strömen kann. Das Dampferzeugungssystem umfasst eine Steuereinheit 12, die zum Steuern einer Back- oder Kochprozedur durch Erzeugen von Steuersignalen 14 angepasst ist. Die Steuereinheit 12 kann durch Eingabe von Anweisungen über eine Eingabeeinrichtung (nicht gezeigt) programmiert sein, bei der es sich um eine Tastatur, ein Berührungsbildschirm usw. handeln kann, an der ein Bediener eine spezifische Back- oder Kochprozedur wählen kann.
Weiterhin umfasst das Dampferzeugungssystem ein längliches Dampferzeugungsmodul 16, das horizontal in dem Heißluftkanal 8 angeordnet ist. Das Dampferzeugungsmodul 16 ist um eine Längsachse 18 rotierbar und umfasst eine vorbestimmte Anzahl von Dampfmodulelementen 20 (siehe 2–9). Jedes Dampfmodulelement 20 ist länglich und umfasst eine Hauptoberfläche 22, die mit einer allgemein flachen Ausdehnung versehen ist, und die Dampferzeugungselemente 20 in einem Modul sind parallel übereinander in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet. Die Zahl der Elemente in einem Modul liegt bevorzugt im Bereich von 5 bis 15.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Dampferzeugungsmodul 16 dazu ausgebildet, sich in zwei Zuständen zu befinden:

– einem Dampferzeugungszustand, in dem die Hauptoberflächen 22 der Elemente 20 sich in einer im Wesentlichen horizontalen Position befinden, so dass Wasser verdampfen kann, wenn dem Modul Wasser zugeführt wird,
– einem Heißluftzustand, in dem die Hauptoberflächen 22 der Elemente 20 sich in einer im Wesentlichen vertikalen Position befinden, so dass Heißluft das Modul 16 passieren kann.

Das Dampferzeugungsmodul 16 ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von durch die Steuereinheit 12 erzeugten Steuersignalen 14 um 90° um seine Längsachse 18 rotiert (gekippt) zu werden, wenn dasselbe von dem Dampferzeugungszustand in den Heißluftzustand wechselt und wenn es von dem Heißluftzustand wieder in den Dampferzeugungszustand wechselt. Die Rotation wird durch eine geeignete Rotationseinheit (nicht gezeigt) durchgeführt, die so angeordnet ist, dass das Modul um eine Rotationsachse rotiert werden kann, die mit der Längsachse des Moduls zusammenfällt. Die Rotationseinheit kann z. B. ein Schrittmotor sein.
Das Dampferzeugungssystem ist dazu angepasst, das Dampferzeugungsmodul 16 zu erhitzen, bevor das Modul sich in dem Dampferzeugungszustand befindet. Die Erhitzung erfolgt z. B. durch Beaufschlagen des Moduls mit Heißluft. Das Modul wird auf eine solche Temperatur erhitzt, dass bei Zuführung von Wasser zu dem Modul der sogenannte Leidenfrost-Effekt auftritt. Die Heißluft wird auf herkömmliche Weise erhitzt, z. B. über ein Wärmetauschermodul oder über Heizelemente.
Somit wird die obere Oberfläche jedes Dampfmodulelementes, wo die Verdampfung stattfinden soll, überhitzt.
Entsprechend dem unten beschriebenen Leidenfrost-Effekt erfolgt optimale Verdampfung bei einem vorliegenden Druck bei 30°C über dem Sättigungspunkt, d. h. dem Siedepunkt.
Derzeit verwendete Dampfsysteme für Backöfen verwenden normalerweise Temperaturen weit über dieser Temperaturschwelle, z. B. 100°–120°C darüber. In diesem Fall bildet sich unter dem Wasser eine Gasblase, die eine Temperaturisolierungswirkung hat und die Verdampfung verhindert. Eine Folge dieser Erscheinung ist, dass die Wasserblasen sich leicht über eine Oberfläche bewegen können, da nur sehr geringe Reibung an der Oberfläche besteht. Je nach Struktur und Höhe der Oberfläche kann das Wasser auch auf Oberflächen nach oben ”klettern”.
Das Dampfmodulelement ist gemäß der vorliegenden Erfindung so gestaltet, dass die beschriebene, mit dem Leidenfrost-Effekt zusammenhängende Erscheinung genutzt wird. Die Oberfläche des Dampfmodulelementes ist bevorzugt mit kleinen Vertiefungen oder Rillen versehen, was den Leidenfrost-Effekt weiter verbessert.
Die Dampfmodulelemente sind bevorzugt aus einem Metall hergestellt, und eines der geeignetem Materialien ist Aluminium. Aluminium ist insofern vorteilhaft, als es z. B., bezogen auf das Gewicht, verglichen mit Stahl mehr Energie speichern kann, und außerdem insofern, als das Modul wesentlich leichter wird, als wenn es z. B. aus Stahl hergestellt ist. Weitere mögliche Materialien sind jedes rostfreie Ferritmaterial, z. B. Chromstahl. Bevorzugt ist das Dampfmodulelement geformt, da es dann möglich ist, eine gewünschte Oberflächenstruktur zu erzielen, z. B. Rillen oder Vertiefungen vorzusehen. Eine weitere Anforderung an das Material ist die entsprechende behördliche Zulassung in der Nahrungsmittelindustrie.
Die Größe eines Moduls, d. h. die Länge und die Breite, und auch die der Dampfmodulelemente, ist an den im Heißluftkanal des Ofens verfügbaren Platz angepasst. Gemäß einer Implementierung beträgt die Länge circa 300 mm und die Breite circa 140 mm. Die Dicke eines Dampfmodulelementes beträgt circa 4–8 mm, bevorzugt etwa 6 mm. Der Abstand zwischen den Elementen liegt im Bereich von 2 bis 6 mm, bevorzugt bei 4 mm.
Wie oben erläutert, kann die Rotation des Moduls erreicht werden, indem das Modul um die Längsachse rotiert wird, die durch die Mitte des Moduls verläuft, wie in den Figuren gezeigt. Alternativ ist ein Rotieren oder Kippen des Moduls durch Rotation um eine Längsachse möglich, die, von der kurzen Seite des Moduls gesehen, entlang einer der Ecken des Moduls verläuft.
Insbesondere mit Bezug auf die in 7 illustrierte Querschnittsansicht eines Dampfmodulelementes wird nun eine Ausführungsform des Dampfmodulelementes 20 beschrieben. Das Element umfasst eine Hauptoberfläche 22 und zwei Seitenoberflächen 24, wobei jede Seitenoberfläche 24 entlang einer Längsseite der Hauptoberfläche angeordnet ist, wobei jede Seitenoberfläche im Verhältnis zu der Hauptoberfläche so geneigt ist, dass das Dampfmodulelement 20 eine breite Schalenform aufweist. Jede Seitenoberfläche 24 ist bevorzugt in einem ersten vorbestimmten Winkel v1 im Verhältnis zu der Hauptoberfläche 22 geneigt, wobei der erste vorbestimmte Winkel v1 außerdem im Bereich von 5° bis 15°, bevorzugt über 10°, liegt.
Eine weitere Ausführungsform ist in 8 illustriert, die ebenfalls eine Querschnittsansicht eines Dampfmodulelementes zeigt. Bei dieser Ausführungsform ist außerhalb und entlang jeder ersten Seitenoberfläche 24 eine zweite Seitenoberfläche 26 angeordnet, wobei die Seitenoberfläche 26 im Verhältnis zu der Hauptoberfläche 22 in einem zweiten vorbestimmten Winkel v2 geneigt ist, bevorzugt einem Winkel von über 20° und am meisten bevorzugt über 30°, wobei der zweite vorbestimmte Winkel v2 bevorzugt größer als der erste vorbestimmte Winkel v1 ist.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Dampfmodulelemente 20 mit durchgängigen Öffnungen 28 versehen, die bevorzugt abstandsgleich entlang der Hauptoberflächen 22 der Elemente 20 verteilt sind. Die Öffnungen 28 sind in 4 und in der Ansicht unten rechts in 9 illustriert. Die an den Dampferzeugungselementen vorgesehenen durchgängigen Öffnungen ermöglichen es, dass überschüssiges Wasser zu der nächsten Ebene, d. h. dem Element darunter läuft, so dass eine fortgesetzte Verdampfung stattfinden kann.
Wie oben angegeben, sind die Öffnungen bevorzugt abstandsgleich an den Elementen angeordnet. Jedoch kann natürlich auch eine andere, unregelmäßigere Verteilung möglich sein. Öffnungen in benachbarten Dampferzeugungselementen können mit Bezug zueinander versetzt sein. Die Größen der Öffnungen sind bei der Steuerung dessen wichtig, wie schnell das Wasser ein Element verlassen und dem Element darunter zugeführt werden soll. Viele unterschiedliche Parameter beeinflussen die Größen der Öffnungen, z. B. die Menge des zugeführten Wassers, die Temperatur der Elemente und die Dauer der Dampfstufe der Backprozedur.
Tests haben gezeigt, dass der Durchmesser einer Öffnung vorteilhaft im Bereich von 2 bis 15 mm liegt. Bevorzugt sind die Öffnungen kreisförmig. Jedoch sind natürlich auch andere Formen möglich, z. B. rechteckige, elliptische und auch längliche Formen.
Wenn das Dampferzeugungsmodul sich in dem Heißluftzustand befindet, ermöglicht die Position des Moduls 16, dass ein vertikaler Heißluftstrom 10 das Modul 16 passiert, wobei der vertikale Heißluftstrom das Modul außerdem teilweise durch Hindurchströmen durch das Modul, d. h. zwischen den Dampferzeugungselementen passiert (siehe 6).
Wenn der Ofen sich im Dampferzeugungszustand befindet, wird den Dampfmodulelementen des Dampferzeugungsmoduls Wasser zugeführt. Wasser wird bevorzugt über in dem Heißluftkanal angeordnete Düsen (nicht gezeigt) zugeführt.
Es ist üblich, Dampf zu einem frühen Zeitpunkt der Backprozedur in den Ofen zu geben. Das Dampferzeugungsmodul befindet sich dann in einem Dampferzeugungszustand, in dem das Modul so angeordnet ist, dass die Oberflächen der Dampferzeugungselemente sich in einer allgemein horizontalen Position befinden. Dadurch wird eine große Oberfläche, die Fläche der Dampferzeugungselemente, erzielt, was für die Maximierung der Wärmeübertragung in das Wasser und für eine vollständige Verdampfung alles zugeführten Wassers von Bedeutung ist.
Bei Ende des Dampferzeugungszustands wird das Dampferzeugungsmodul um 90° um seine Längsachse rotiert, um die Oberfläche des Moduls zu reduzieren, so dass ein vertikaler Heißluftstrom das Modul leicht passieren kann. Der vertikale Heißluftstrom passiert das Modul teilweise durch Hindurchströmen durch das Modul, d. h. zwischen den Dampferzeugungselementen, und teilweise durch Passieren auf beiden Seiten des Moduls.
Zur Optimierung des vertikalen Heißluftstroms dürfen die angewinkelten Seitenoberflächen der Elemente im Verhältnis zu der Hauptoberfläche nicht zu sehr geneigt sein, um den Heißluftstrom nicht unnötig zu behindern.
Bei Ende des der Dampferzeugungszustands wird somit das Modul rotiert und dann das Heißluftgebläse in Gang gesetzt, und die Backprozedur wird fortgesetzt.
2 ist eine Querschnittsansicht eines Dampferzeugungsmoduls 16, das mit Dampfmodulelementen 20 mit der jeweiligen Hauptoberfläche 22 versehen ist. 3 ist eine Querschnittsansicht eines Dampferzeugungsmoduls 16 entlang der Längsachse 18. Die Ansicht in 2 ist entlang der Linie A-A genommen. 4 ist eine Ansicht eines Dampferzeugungselementes von oben, die die Öffnungen 28 illustriert. 5 und 6 illustrieren das Modul in den beiden unterschiedlichen Zuständen. In dem Heißluftzustand, der in 6 illustriert ist, ist der Heißluftstrom durch Pfeile dargestellt.
In 9 sind unterschiedliche Ansichten des Dampferzeugungsmoduls gezeigt. Links ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in der Seitenansicht des Moduls oben rechts gezeigt. Die Ansicht oben rechts zeigt eine Seitenansicht des Moduls, und die Ansicht unten rechts zeigt eine Ansicht des Moduls von oben.
Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf 10–14 weiter erläutert. Diese Figuren illustrieren unterschiedliche Oberflächenstrukturen des Dampferzeugungselementes 20.
Diese Ausführungsformen beziehen sich insbesondere auf die Dampferzeugungselemente 20, die parallel übereinander in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, und spezifisch auf die Hauptoberfläche des Dampferzeugungselementes 20, die aus mindestens zwei Oberflächenebenen besteht, einer oberen Oberflächenebene 30 und einer ersten unteren Oberflächenebene 32. Die 10–12 zeigen Querschnittsansichten des Dampferzeugungselementes entsprechend unterschiedlichen Ausführungsformen.
Es wird angemerkt, dass die unterschiedlichen Ausführungsformen bezüglich der Struktur der Hauptoberfläche der Dampferzeugungselemente mit jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar sind.
Durch Vorsehen von zwei oder mehr Oberflächenebenen der Hauptoberfläche wird ein verbesserter Verdampfungsprozess erreicht. Wenn der Hauptoberfläche Wasser zugeführt wird, führt somit die unmittelbare Verdampfung auf der oberen Hauptoberfläche dazu, dass sich unter dem Wasser eine Gasblase bildet. Dies treibt das Wasser nach oben weg von der Oberfläche. Die untere(n) Oberflächenebene(n) erhitzen ebenfalls das Wasser, und der zum Anheben des Wassers benötigte Gasdruck erhöht sich und die Verdampfungsgeschwindigkeit erhöht sich. Die unterschiedlichen Oberflächenebenen sind durch Vorsehen von Kanälen oder Vertiefungen auf der Hauptoberfläche gestaltet, wo das verdampfte Gas austreten kann, so dass das Gas nicht eingeschlossen wird. Dies bewirkt eine kontinuierliche Verdampfung, bis die Energie nicht mehr ausreicht, um das Wasser über der Oberfläche zu halten. Das Wasser verdampft, bis die Oberfläche einen Gleichgewichtszustand mit der Umgebung erreicht hat, der von Druck, Temperatur und Feuchtigkeit abhängt.
Die hauptsächliche Idee besteht im Vorsehen unterschiedlicher Oberflächenebenen zur Verbesserung des Verdampfungsprozesses. Dies kann auf vielen unterschiedlichen Wegen erreicht werden, und im Folgenden werden einige Beispiele illustriert, die nicht dahingehend auszulegen sind, dass sie den durch die beiliegenden Ansprüche bestimmten Schutzumfang einschränken.
Allgemein ist die erste untere Oberfläche durch Kanäle 34 eines Kanalrasters bestimmt, die in der Hauptoberfläche erzeugt sind, und die erste untere Oberflächenebene 32 ist durch den Boden dieser Kanäle 34 bestimmt. Siehe 10–12.
Vorteilhaft sind die Kanäle 34 im Verhältnis zueinander im Wesentlichen rechtwinklig, wie in 13 und 14 illustriert.
In dem durch 10 illustrierten Beispiel ist die obere Oberflächenebene 30 durch die oberen Oberflächen 36 von Würfeln bestimmt, die durch das Kanalraster gebildet sind. Diese Ausführungsform ist auch durch die Draufsicht in 13 illustriert. Die Seitenlängen des Quadrats der oberen Oberflächen liegen ungefähr im Bereich von 0,5 bis 2,5 mm.
In dem durch 11 illustrierten Beispiel ist die obere Oberflächenebene durch die oberen Oberflächen 38 von Pyramidenstümpfen bestimmt, die durch das Kanalraster gebildet sind.
Bei dem durch 12 illustrierten Beispiel ist die obere Oberflächenebene durch obere plane kreisförmige Oberflächen 40 bestimmt, die durch das Kanalraster gebildet sind. Diese Ausführungsform ist auch durch die Draufsicht in 14 illustriert.
Die Struktur lässt sich auch so beschreiben, dass die untere Oberflächenebene 32 aus Vertiefungen in der Hauptoberfläche besteht.
Bei allen hier beschriebenen unterschiedlichen Strukturen hat die obere Oberflächenebene 30 eine Fläche A, und die erste untere Oberflächenebene 32 hat eine Fläche B. Das Verhältnis A/B kann zum Bestimmen der Eigenschaften der Hauptoberfläche verwendet werden. In verschiedenen Tests wurde gezeigt, dass vorteilhafte Ergebnisse erzielt wurden, wenn das Verhältnis zwischen A und B kleiner als 0,5 ist. Bei der in 13 illustrierten Ausführungsform beträgt A/B circa 0,25, was, wie sich erwiesen hat, einen vorteilhaften Verdampfungsprozess ergibt.
Der Abstand d₁ zwischen der oberen Oberflächenebene 30 und der ersten unteren Oberflächenebene 32 beträgt circa das 0,3-fache bis 0,7-fache einer Dicke des Dampferzeugungselementes. Der Abstand d₁ ist in 10–12 angezeigt. Der Abstand zwischen der oberen Oberflächenebene (30) und der ersten unteren Oberflächenebene (32) liegt im Intervall von 0,5 bis 3,0 mm, abhängig von der Gesamtdicke des Dampferzeugungselementes, die (siehe oben) circa 4–8 mm beträgt.
15 und 16 zeigen Draufsichten auf das Dampferzeugungselement gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung. 15 zeigt eine Draufsicht auf ein Dampfmodulelement 20, das beispielsweise aus Chromstahl hergestellt ist und mit quadratischen durchgängigen Öffnungen 28 mit einer Seitenlänge von 16 mm versehen ist. Oben in dieser Figur ist auch eine Querschnittsansicht des Dampferzeugungselementes 20 illustriert. 16 zeigt eine Draufsicht auf ein Dampfmodulelement 20, das aus Chromstahl hergestellt ist und mit quadratischen durchgängigen Öffnungen 28 mit einer Seitenlänge von 10 mm versehen ist. Auch kreisförmige, elliptische oder andere Formen der Öffnungen sind innerhalb des durch die Ansprüche bestimmten Umfangs der Erfindung möglich. Die durchgängigen Öffnungen sind auf dem Dampfmodulelement in einem vorbestimmten Muster verteilt; bevorzugt sind die Öffnungen gleichmäßig verteilt. Die Zahl der Öffnungen liegt bevorzugt im Intervall von 25 bis 100.
Bei beiden illustrierten Ausführungsformen sind die Öffnungen 28 entlang der Linien (eine ist in den Figuren gestrichelt dargestellt) im Verhältnis zu der Seite des Elementes in einem Winkel v von circa 30 bis 60 Grad, z. B. 45 Grad, aufgereiht.
17–19 zeigen eine perspektivische Ansicht, eine Querschnittsansicht beziehungsweise eine Draufsicht des Dampfmodulelementes gemäß wiederum einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist das Dampfmodulelement 20 mit Kanälen (Vertiefungen) 34 in der Hauptoberfläche versehen, die entlang der Längsachse des Elementes verlaufen. 18 illustriert eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 19. Allgemein sind die Kanäle 34 durch eine obere Oberflächenebene 30 und eine erste untere Oberflächenebene 32 bestimmt, die durch den Boden der Kanäle 34 bestimmt ist. Bei dieser Ausführungsform ist eine Anzahl von durchgängigen Öffnungen 28 vorgesehen, in der Figur sind vier Öffnungen illustriert. Sie haben eine längliche, z. B. rechteckige Form und sind entlang einer längssymmetrischen Linie des Dampferzeugungselementes angeordnet.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung folgen nun zusätzliche Informationen zum Leidenfrost-Effekt.
Der Leidenfrost-Effekt ist eine Erscheinung, bei der eine Flüssigkeit in nahem Kontakt mit einer Masse, die beträchtlich heißer als der Siedepunkt der Flüssigkeit ist, eine isolierende Dampfschicht erzeugt, die ein schnelles Sieden der Flüssigkeit verhindert. Dies ist besonders häufig beim Kochen zu beobachten; man spritzt Wassertropfen in eine Pfanne, um deren Temperatur zu ermitteln – wenn die Temperatur der Pfanne an dem oder über dem Leidenfrostpunkt liegt, gleitet das Wasser über das Metall und braucht länger zum Verdampfen als in einer Pfanne, die oberhalb der Siedetemperatur, jedoch unterhalb der Temperatur des Leidenfrostpunktes liegt. Dieser Effekt verleiht auch flüssigem Stickstoff die Fähigkeit, über Böden zu gleiten. Er ist auch bei manchen potentiell gefährlichen Demonstrationen verwendet worden, etwa dem Eintauchen eines nassen Fingers in geschmolzenes Blei oder dem Ausblasen einer Mundfüllung flüssigen Stickstoffs, beides ohne Verletzung der demonstrierenden Person. Letzeres kann tödliche Folgen haben, insbesondere wenn man den flüssigen Stickstoff versehentlich verschluckt.
Der Effekt ist zu sehen, wenn Wassertropfen zu verschiedenen Zeitpunkten auf eine Pfanne gespritzt werden, während diese sich erhitzt. Zu Beginn, bei einer Pfannentemperatur von unter 100°C, breitet sich das Wasser einfach flach aus und verdampft langsam. Wenn die Temperatur der Pfanne 100°C überschreitet, zischen die Wassertropfen bei Berührung mit der Pfanne und verdampfen rasch. Später, wenn die Temperatur den Leidenfrostpunkt übersteigt, gelangt der Leidenfrost-Effekt ins Spiel. Bei Kontakt mit der Pfanne sammeln sich die Wassertröpfchen zu kleinen Wasserkugeln und gleiten umher, wobei sie viel länger intakt bleiben als bei einer niedrigeren Temperatur der Pfanne. Dieser Effekt funktioniert, bis weitere Wassertropfen durch eine viel höhere Temperatur zu schnell verdampfen, als dass sie diesen Effekt hervorrufen könnten.
Der Grund hierfür ist, dass bei Temperaturen oberhalb des Leidenfrostpunktes der untere Teil des Wassertröpfchens bei Kontakt mit dem heißen Blech unmittelbar zu Dampf wird. Das entstehende Gas trägt den Rest des Wassertröpfchens direkt über sich, wodurch ein weiterer direkter Kontakt zwischen dem flüssigen Wasser und dem heißen Blech verhindert wird. Da Dampf weitaus geringere Wärmeleitfähigkeit hat, verlangsamt sich eine weitere Wärmeübertragung zwischen der Pfanne und dem Tröpfchen dramatisch. Dies führt auch dazu, dass der Tropfen auf der Gasschicht direkt darunter in der Pfanne umhergleiten kann. Das entstehende Gas hält die Blase über den Gasdruck, der sich aufgrund der Oberflächeneigenschaften aufbaut. Dies ist bei der aufwärts bewegten Flüssigkeitsblase der Fall. Erfindungsgemäß ist die Oberfläche so angeordnet, dass bei Erhitzung einer Wasserblase Gas darunter gebildet wird und die Blase sich auf einer unebenen Oberfläche aufwärts zu bewegen beginnt, wodurch ein weiteres Verdampfen der Flüssigkeit während deren Bewegung bewirkt wird. Wenn die Modulelemente sich abkühlen, heizen die Elemente, anstatt die Flüssigkeit zu kochen, die Flüssigkeit vor, bevor sich dieselbe durch die Löcher zu dem angrenzenden Element darunter bewegt.
Die Temperatur, bei der der Leidenfrost-Effekt einsetzt, ist nicht leicht vorhersagbar. Selbst wenn das Volumen des Flüssigkeitstropfens gleich bleibt, kann der Leidenfrostpunkt recht unterschiedlich sein, wobei eine komplizierte Abhängigkeit von den Eigenschaften der Oberfläche sowie etwaigen Unreinheiten der Flüssigkeit besteht. An einem theoretischen Modell des Systems wurde bereits geforscht, jedoch gestaltet sich dies schwierig. Als sehr grobe Schätzung könnte der Leidenfrostpunkt für einen Wassertropfen auf einer Bratpfanne bei 193°C auftreten.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Es können verschiedene Alternativen, Abwandlungen und Äquivalente verwendet werden. Die obigen Ausführungsformen sind daher nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend zu verstehen, der durch die beigefügten Ansprüche bestimmt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 3954053 [0002]

Claims

Dampferzeugungssystem in einem Ofen (2), der ein äußeres Gehäuse (4), das eine Ofenkammer (6) umschließt, einen Heißluftkanal (8), der von Heißluft (10) durchströmt werden wird, und einen Heißlufteinlass in der Form einer Reihe von Öffnungen in der Wand der Ofenkammer (6), durch die Heißluft in die Ofenkammer (6) geblasen wird, einen Abgas-auslass, über den Heißluft aus der Ofenkammer (6) entfernt wird, und eine Tür umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Dampferzeugungssystem eine Steuereinheit (12), die zum Steuern einer Back- oder Kochprozedur durch Erzeugen von Steuersignalen (14) angepasst ist, mindestens ein längliches Dampferzeugungsmodul (16), das horizontal in dem Heißluftkanal (8) angeordnet ist, wobei das Dampferzeugungsmodul (16) um eine Längsachse (18) rotierbar ist und eine vorbestimmte Anzahl von Dampfmodulelementen (20) umfasst, wobei jedes Dampfmodulelement (20) länglich ist und eine Hauptoberfläche (22) umfasst, die mit einer allgemein flachen Ausdehnung versehen ist, die Dampferzeugungselemente (20) parallel übereinander in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, und mindestens ein Wasserzufuhrbauglied (23), das in Verbindung mit dem beziehungsweise den Dampferzeugungsmodul(en) angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, dem beziehungsweise den Modul(en) Wasser zuzuführen, umfasst, wobei das Dampferzeugungsmodul (16) dazu angepasst ist, sich in zwei Zuständen zu befinden: – einem Dampferzeugungszustand, während mindestens eines Teils des Zustandes wird dem Modul Wasser zugeführt, und während des Zustandes befinden sich die Hauptoberflächen (22) der Elemente (20) in einer im Wesentlichen horizontalen Position, so dass Wasser verdampfen kann, – einem Heißluftzustand, in dem die Hauptoberflächen (22) der Elemente (20) sich in einer im Wesentlichen vertikalen Position befinden, so dass Heißluft das Modul (16) passieren kann.
Dampferzeugungssystem nach Anspruch 1, bei dem das Dampferzeugungsmodul (16) dazu angepasst ist, in Abhängigkeit von durch die Steuereinheit (12) erzeugten Steuersignalen (14) um 90° um seine Längsachse rotiert zu werden, wenn dasselbe sich zwischen dem Dampferzeugungszustand und dem Heißluftzustand bewegt.
Dampferzeugungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das System dazu angepasst ist, das Dampferzeugungsmodul (16) zu erhitzen, bevor das Modul sich in dem Dampferzeugungszustand befinden soll, und wobei das Modul auf eine solche Temperatur erhitzt ist, dass der Leidenfrost-Effekt auftritt, wenn dem Modul Wasser zugeführt wird.
Dampferzeugungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Dampfmodulelement (20) eine Hauptoberfläche (22) und zwei Seitenoberflächen (24) umfasst, wobei jede Seitenoberfläche (24) entlang einer Längsseite der Hauptoberfläche angeordnet ist, wobei jede Seitenoberfläche im Verhältnis zu der Hauptoberfläche so geneigt ist, dass das Dampfmodulelement (20) eine breite Schalenform aufweist.
Dampferzeugungssystem nach Anspruch 4, bei dem jede Seitenoberfläche (24) im Verhältnis zu der Hauptoberfläche (22) in einem ersten vorbestimmten Winkel v1 geneigt ist und bei dem der erste vorbestimmte Winkel v1 im Bereich von 5° bis 15°, bevorzugt über 10°, liegt.
Dampferzeugungssystem nach Anspruch 5, bei dem außerhalb und entlang jeder ersten Seitenoberfläche (24) eine zweite Seitenoberfläche (26) angeordnet ist, wobei die zweite Seitenoberfläche (26) im Verhältnis zu der Hauptoberfläche (22) in einem zweiten vorbestimmten Winkel v2, bevorzugt von über 20° und am meisten bevorzugt von über 30°, geneigt ist, wobei der zweite vorbestimmte Winkel v2 bevorzugt größer als der erste vorbestimmte Winkel v1 ist.
Dampferzeugungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Dampfmodulelemente (20) mit durchgängigen Öffnungen (28) versehen sind, die bevorzugt abstandsgleich entlang der Hauptoberflächen (22) der Elemente (20) verteilt sind.
Dampferzeugungssystem nach Anspruch 7, bei dem die durchgängigen Öffnungen (28) eine rechteckige oder quadratische Form haben.
Dampferzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1–8, bei dem die Position des Moduls (16) in dem Heißluftzustand ermöglicht, dass ein vertikaler Heißluftstrom (10) das Modul (16) passiert, und bei dem der vertikale Heißluftstrom das Modul teilweise durch Hindurchströmen durch das Modul, d. h. zwischen den Dampferzeugungselementen, passiert.
Dampferzeugungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Hauptoberfläche aus mindestens zwei Oberflächenebenen, einer oberen Oberflächenebene (30) und einer ersten unteren Oberflächenebene (32) besteht.
Dampferzeugungssystem nach Anspruch 10, bei dem die erste untere Oberfläche durch Kanäle (34), z. B. eines Kanalrasters, bestimmt ist, die in der Hauptoberfläche erzeugt sind, wobei die erste untere Oberflächenebene (32) durch den Boden der Kanäle (34) bestimmt ist.
Dampferzeugungssystem nach Anspruch 11, bei dem die Kanäle entlang einer Längsachse des Dampferzeugungselementes (20) verlaufen.
Dampferzeugungssystem nach Anspruch 11, bei dem die Kanäle (34) in dem Kanalraster im Verhältnis zueinander im Wesentlichen rechtwinklig sind.
Dampferzeugungssystem nach einem der Ansprüche 12 oder 13, bei dem die obere Oberflächenebene (30) durch die oberen Oberflächen (36) von Würfeln bestimmt ist, die durch das Kanalraster gebildet sind.
Dampferzeugungssystem nach einem der Ansprüche 12 oder 13, bei dem die obere Oberflächenebene durch die oberen Oberflächen (38) von Pyramidenstümpfen bestimmt ist, die durch das Kanalraster gebildet sind.