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Backofen
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Die Erfindung betrifft einen Backofen, umfassend einen Backraum für
das Backgut, einen oberhalb des Backraums angeordneten Heißlufterzeuger mit einer
Heizvorrichtung und einer Gebläseanordnung und von dem Heißlufterzeuger zum Backraum
führende Heißluftkanäle, wobei die Heizvorrichtung einen Brenner und einen sich
an den Brenner anschließenden, mit der Backatmosphäre Wärme tauschenden Wärmetauscher
aufweist.
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Bei den bekannten Backöfen dieser Art besteht der Wärmetauscher aus
einem einfachen Zylinder, den die heißen Rauchgase einmal durchströmen und durch
einen Abgasauslaß direkt verlassen. Bei einer derartigen Rauchgasführung ist die
Wärmeabgabe von den heißen Rauchgasen an den Backofen relativ schlecht, so daß die
zum Erwärmen der Backatmosphäre aufgewendete Energie unzureichend genutzt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Energieausnutzung zu
verbessern und damit die zur Erwärmung der Backatmosphäre erforderlichen heizkasten
zu senken.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wärmetauscher
derart ausgebildet ist, daß die Rauchgase vor ihrem Austritt am brenner fernen Ende
der Heizvorrichtung mindestens dreimal im wesentlichen die gesamte Länge der Heizvorrichtung
durchströmen. Dadurch wird ein intensiver Wärmeaustausch zwischenden heißen Rauchgasen
und den Wärmetauscherflächen und damit der Backatmosphäre erreicht.
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Um eine raumsparende und einen guten Wärmeübergang zwischen den heißen
Rauchgasen und der Backatmosphäre ermöglichende Führung der Rauchgase zu erreichen,
wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Wärmetauscher ein sich unmittelbar an
den Brenner anschließendes Innenrohr und ein im wesentlichen koaxial zu diesem unter
Bildung eines Ringraumes
angeordnetes Außenrohr aufweist, daß der
Ringraum durch im wesentlichen radial gerichtete Zwischenwände in mindestens zwei
Teilringräume unterteilt ist, die an ihren brennernahen Enden miteinander in Verbindung
stehen, wobei der eine Teilringraum mit dem brennerfernen Ende des Innenrohres und
das brennerferne Ende des anderen Teilringraumes mit einem Kamin in Verbindung steht.
Bei einer Erwärmung der Backatmosphäre auf etwa 250C verließen die heißen Rauchgase
den aus einem einfachen Rohr bestehenden Wärmetauscher bei den bisherigen Heizeinrichtungen
mit einer Temperatur von etwa 600°. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Wärmetauschers
kann die Temperatur der Rauchgase beim Austritt aus der Heizeinrichtung auf etwa
4500 gesenkt werden. Das bedeutet eine erheblich bessere Ausnutzung der in den heißen
Rauchgasen enthaltenen Wärme zur Erwärmung der Backatmosphäre und somit eine Brennstoffersparnis.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung, welche in Verbindung mit den beiliegenden Figuren die Erfindung anhand
eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es stellen dar: Fig. 1 einen-Vertikalschnitt
durch einen erfindungsgemäßen Backofen senkrecht zur Tür und Rückwand desselben,
Fig. 2 einen Schnitt längs Linie Il-Il in Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt längs Linie
III-III in Fig. 1, Fig. 4 eine schematische Darstellung des Strömungsprofiles in
dem erfindungsgemäßen.Backofen, Fig. 5 einen die Brennerachse enthaltenden Schnitt
durch die erfindungsgemäße Heizeinrichtung, und Fig. 6 einen Schnitt längs Linie
VI-VI in Fig. 5.
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Der in den Fig. 1 bis 3 teilweise schematisch dargestellte Backofen
umfaßt ein Außengehäuse 10, das in seinem unteren Teil 12 einen Backraum 14 und
in seinem oberen Teil 16 einen allgemein mit 18 bezeichneten Heißlufterzeuger sowie
eine Beschwadungseinrichtung 20 aufnimmt. Der Backraum 14 ist von einer einen Teil
des Gehäuses 10 bildenden Rückwand 22, einer auf der Vorderseite des
Gehäuses
10 angeordneten Backraumtür 24, Seitenwänden 26 einer oberen Abdeckung 28 sowie
einen Boden 29 begrenzt.Durch die Tür 24 kann in den Backraum 14 ein Backschragen
30 eingefahren werden, der eine Mehrzahl von Auflageflächen 32 zur Aufnahme des
Backgutes 34 aufweist. Durch ein in der Tür 24 ausgebildetes Fenster 36 kann das
Backgut während des Backprozesses überwacht werden.
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Längs der Seitenwände 26 erstrecken sich im wesentlichen über die
gesamte Höhe des Backraumes 14 Heißluftkanäle 38, welche mit dem Backraum 14 über
Durchbrechungen 40 in den Seitenwänden 26 in Verbindung stehen.
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Die Anzahl und der Querschnitt der Durchbrechungen 40 in den Seitenwänden
26 sind so bemessen, daß die Summe der Durchbrechungsquerschnitte im wesentlichen
dem Querschnitt des jeweiligen Heißluftkanales 38 nahe seinem oberen Ende entspricht.
Dadurch wird vermieden, daß in den Heißluftkanälen 38 an den Seitenwänden 26 ein
Stau entsteht. Der Querschnitt der Heißluftkanäle 38 verjüngt sich nach unten hin
durch schräg verlaufende Führungswände 42.
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- Der Heißlufterzeuger 18 umfaßt eine Heizeinrichtung 44 sowie eine
Gebläseanordnung mit zwei Tangential- oder Querstromgebläsen 46.
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Die Heizeinrichtung 44 umfaßt einen an der Vorderseite des oberen
Abschnittes 16 des Gehäuses 10 angeordneten Brenner 48 sowie einen sich unmittelbar
an den Brenner 48 anschließendnim wesentlichen zylindrische Wärmetauscher 50, der
oberhalb der Abdeckung 28 derart angeordnet ist, daß seine Längsachse im wesentlichen
horizontal
und senkrecht zur Türwand 24 verläuft. Am brennerfernen Ende ist der Wärmetauscher
50 mit einem durch die Gehäusewand herausgeführten Abgasauslaß 52 verbunden.
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Die Tangentialgebläse 46 sind an den oberen Enden der Heißluftkanäle
beiderseits der Heizeinrichtung 44 so angeordnet, daß sie mit ihren Achsen parallel
zur Zylinderachse des Wärmetauschers 50 und parallel zu den Seitenwänden 26 gerichtet
sind. Die beiden Tangentialgebläse 46 weisen eine entgegengesetzt gerichtete Beschaufelung
54 auf. Ferner sind sie so geschaltet, daß sie mit einander entgegengesetzter, aber
beim einzelnen Tangentialgebläse stets gleichbleibender Drehrichtung angetrieben
werden, wie dies durch die eingezeichneten Pfeile P angedeutet ist. Das jeweils
fördernde und die Strömungsrichtung des Heißluftstromes quer durch den Backraum
bestimmende Tangentialgebläse 46 liegt stromaufwärts des jeweils anderen Tangentialgebläses
und wird mit einer höheren Drehzahl als dieses angetrieben. Es überbläst dabei das
stromabwärts liegende,mit einer geringeren Drehzahl laufende de andere Tangentialgebläse,
so daß ein Heiß luftstrom einheitlicher Strömungsrichtung erzeugt wird, wodurch
die Heißluft von dem Heißlufterzeuger 18 durch einen der Heißluftkanäle 38 nach
unten geführt wird, durch die angrenzende Seitenwand 26 hindurch in den Backraum
14 gelangt, diesen in horizontaler Richtung quer zur anderen Seitenwand 26 hin durchströmt
und durch den sich an diese anschließenden Heißluftkanal 38 wieder zum Heißlufterzeuger
18 zurückgeführt wird. Durch
eine Umkehr des Drehzahlverhältnisses
der beiden Tangentialgebläse 46, d.h. indem man das bisher fördernde Tangentialgebläse
46 abstellt oder mit einer geringen Drehzahl laufen läßt und das bisher abgestellte
oder mit einer geringen Drehzahl rotierende Tangentialgebläse schnell laufen läßt,
wird die Strömungsrichtung des den Backraum 14 quer durchströmenden Heißluftstromes
umgekehrt.
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Dadurch, daß das jeweils fördernde Tangentialgebläse 46 stromaufwärts
des jeweils nicht fördernden Tangentialgebläses liegt, entsteht in dem zwischen
den beiden Tangentialgebläsen 46 liegenden Raum, der die Heizeinrichtung 44 aufnimmt
und von zu beiden Seiten der Heizeinrichtung 44 angeordneten im wesentlichen vertikalen
Luftleitflächen 56 sowie der Abdeckung 28 begrenzt ist, ein Überdruck und zwar unabhängig
von der Strömungsrichtung des den Backraum 14 durch die Heißluftkanäle 38 zugeführten
Heißluftstromes.
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Das Strömungsprofil der durch die Heißluftkanäle 3e über die Durchbrechungen
40 in den Seitenwänden 26 in - den Backraum 14 eintretenden Heißluft ist in Fig.
4 schematisch angedeutet. Die Größe der von der Seitenwand 26 zum Inneren des Backraumes
14 hin gerichteten vertikalen Pfeile A soll ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit
der Heißluft darstellen. Aus dieser Darstellung erkennt man, daß bei insoweit beschriebenem
Backofen die Geschwindigkeit der Heißluft nahe der Rückwand 22 und nahe der Türwand
24 und damit auch die Heißluftzufuhr in diesen Bereichen gering ist.
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Das führt in Verbindung mit der Wärmeabstrahlung durch die Rückwand
und die Türwand zu einer verminderten Backwirkung in den Bereichen nahe der Türwand
24 und der Rückwand 22.
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Um die Heißluftzufuhr zum Backraum 14 in diesen Bereichen zu verbessern,
ist erfindungsgemäß zwischen der oberen Abdeckung 28 des Backraumes 14 und der Rückwand
22 einerseits sowie der Türwand 24 andererseits jeweils ein Spalt 58 vorgesehen,
der sich im wesentlichen über die gesamte Breite der Rückwand 22 bzw. der Türwand
24 erstreckt. Die Breite des Spaltes 58 kann etwa 5 bis 30 mm, vorzugsweise 10 mm
betragen. Da in dem von den Luftleitflächen 56 eingeschlossenen Raum oberhalb der
Abdeckung 28 ständig ein Überdruck herrscht, wie dies vorstehend erläutert wurde,
strömt Heißluft von dem Heißlufterzeuger 18 durch die Spalte 58 entlang der gesamten
Breite der Rückwand 22 und der Türwand 24 von oben nach unten in den Backraum 14
ein. Die auf diese Weise zusätzlich eingeführte Heißluft sorgt zumindest in den
besonders gefährdeten oberen Etagen 32 des Backschragens 30.für eine bessere Heißluftversorgung
und damit für ein gleichmäßigeres Backergebnis, als dies mit den bisherigen Backöfen
erreicht werden konnte.
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Der erfindungsgemäße Backofen umfaßt ferner eine Beschwadungseinrichtung,
die zwei im wesentlichen parallel zur Längsachse des Wärmetauschers 50 beiderseits
desselben verlaufende vertikale Beschwadungsplatten 60 umfaßt. Diese sind auf ihrer
dem Wärmetauscher 50 zugewandten Seite zur besseren Aufnahme der durch Wärmestrahlung
von dem Wärmetauscher 50 abgestrahlten Wärme geschwärzt oder bestehen aus einem
dunkel farbigen Material. Bei den bisherigen -Beschwadungseinrichtungen
wurde
das zu verdampfende Wasser auf die der Heizeinrichtung zugewandte Fläche der Beschwadungsplatten
gesprüht. Dabei zeigte sich nach überraschend kurzer Zeit ein starkes Absinken der
Wärmeaufnahme der Beschwadungsplatten, das man sich nicht erklären konnte, da der
in dem Leitungswasser häufig enthaltene Kalk in der kurzen Zeit noch keine wärmedämmende
Schicht bilden konnte. Die Erfinder erkannten nun, daß das Absinken der Wärmeaufnahme
der Beschwadungsplatten nicht von der Dicke einer Kalkschicht auf der der Heizeinrichtung
zugewandten Seite der Beschwadungsplatten abhängt, sondern von der weißen Farbe
des Kalkbelages. Hierzu genügt aber bereits ein hauchdünner Kalkschleier, der für
eine Reflexion der Wärmestrahlung an der Oberfläche der Beschwadungsplatten sorgt.
Aus diesem Grunde ist bei der erfindungsgemäßen Beschwadungseinrichtung nahe dem
oberen Rand jeder Beschwadungsplatte 60 jeweils eine im wesentlichen parallel zu
der jeweiligen Beschwadungsplatte 60 verlaufende Sprühleitung 62 derart angeordnet,
daß die der Heizeinrichtung 44 abgewandte Rückseite der Beschwadungsplatte 60 mit
Wasser befeuchtet wird. An dieser Rückseite der jeweiligen Beschwadungsplatte 60
kann sich ein Kalkbelag bilden, ohne daß dadurch der Wärmeübergang von der Heizeinrichtung
44 auf die Beschwadungsplatten 60 beeinträchtigt wird.
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Parallel zu der jeweiligen Beschwadungsplatte 60 verläuft durch einen
Spalt von deren Rückseite getrennt eine in Länge und Höhe mit der Beschwadungsplatte
60 übereinstimmende Wärmespeicherplatte 64, die gleichzeitig als weitere Beschwadungsplatte
dient. Unterhalb der Heizeinrichtung 44 verlaufen zwei weitere Wärme-
speicherplatten
66, die jeweils von einer Stelle kurz unterhalb der vertikalen Platten 60 und 64
von der jeweiligen Luftleitfläche 56 ausgehen zur vertikalen Längsmittelebene des
Backofens hin nach unten geneigt und durch einen kleinen Spalt 68 voneinander getrennt
sind. Unterhalb des Spaltes verläuft eine Flüssigkeitsauffangrinne 70, die zum Auffangen
der in der Beschwadungseinrichtung gegebenenfalls nicht verdampften Flüssigkeit
dient, so daß diese nicht in das zur Wärmeisolierung dienende Isoliermaterial der
Abdeckung 28 eindringen kann. Die Wärmespeicherplatten 64 und 66 sollen dafür sorgen,
daß auch bei einem kurzzeitigen Abschalten der Tangentialgebläse 46, einer kurzzeitigen
Unterbrechung der Wärmezufuhr durch den Brenner 48 und nach dem Einschieben des
kalten Backschragens 30 die Betriebstemperatur erhaltenbleibt oder doch rasch wieder
erreicht wird.
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In den Fig. 1 und 2 ist der Wärmetauscher 50 als einfacher Zylinder
dargestellt, den die heißen Rauchgase einmal durchströmen und durch den Abgasauslaß
52 direkt verlassen. Bei einer derartigen Rauchgasführung ist die Wärmeabgabe von
den heißen Rauchgasen an den Backofen relativ schlecht, wie sich daran messen läßt,
daß die Abgastemperatur am Abgasauslaß 52 noch sehr hoch ist.
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Um die Wärmeausnutzung zu verbessern und damit die Heizkosten zu senken,
wird erfindungsgemäß die Heizeinrichtung in der in den Fig. 5 und 6 dargestellten
Weise ausgebildet. Die Heizeinrichtung umfaßt-dabei ein unmittelbar an den Brenner
48 anschließendes Innenrohr 72 und ein dieses mit einem radialen Abstand unter Bildung
eines Ringraumes koaxial umgebendes
Außenrohr 74. Innenrohr 72
und Außenrohr 74 sind einerseits durch einen Ringflansch 76, welcher den Ringraum
gegenüber dem Brenner 48 abdichtet, und andererseits durch zwei Stege 78 miteinander
verbunden, die in einer die Rohrachse enthaltenden Ebene verlaufen und den Ringraum
zwischen Innenrohr 72 und 74 in zwei Teilringräume 80 und 82 unterteilen. Da sich
die Stege 78 nicht über die gesamte Länge des Innenrohres bis zu dem Ringflansch
76 hin erstrecken, stehen die beiden Teilringräume 80 und 82 an ihren brennerseitigen
Enden miteinander in Verbindung. Dagegen sind die beiden Ringräume 80 und 82 an
ihren brennerfernen Enden durcheine Trennwand 84 voneinander getrennt, welche auch
das brennerferne Ende des Innenrohres 72 zur Hälfteverschließt. Das Innenrohr 72
steht an seinem brennerfernen Ende nur mit dem in den Fig. 5 und 6 unteren Teilringraum
82 in Verbindung.
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Der Weg der von dem Brenner 48 ausgehenden heißen Rauchgase ist in
der Fig. 5 durch Pfeile dargestellt. Die Rauchgase durchströmen zunächst vom Brenner
48 ausgehcnd das Innenrohr 72, gelangen von diesem in den unteren Teilringraum 82
und strömen zurück in Richtung auf den Brenner 48. An dem Ringflansch 76 werden
sie in den oberen Teilringraum 80 umgelenkt, durchströmen diesen in der vom Brenner
48 wegführenden Richtung und verlassen die Heizeinrichtung durch den Abgasauslaß
52. Man sieht, daß die heißen Rauchgase die eizeinrichtung nicht nur einmal sondern
dreimal auf ihrer gesamten Länge durchströmen. Dadurch bestreichen die heissen Rauchgase
die Wärmeaustauschflächen intensiver, so daß eine bessere Abführung der in ihnen
enthaltenen
Wärme durch die Backatmosphäre möglich ist, die von den Tangentialgebläsen 46 an
das die Wärmeaustauschflächen zwischen der Heizeinrichtung 44 und der Backatmosphäre
bildende Außenrohr 74 herangeführt wird.
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Bei der anhand der Fig. 1 und 2 beschriebenen einfachen Heizvorrichtung
strömen die heißen Rauchgase bei einer Temperatur der Backatmosphäre von ca. 2500
mit einer Temperatur von ca. 6000 am Abgasauslaß 52 aus. Dagegen beträgt bei der
in den Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsform die Temperatur der Abgase am Abgasauslaß
nur noch ca. 450". Das bedeutet eine bessere Ausnutzung des Wärmeinhaltesder:Rauchgase
und damit eine geringere Heizleistung, um die gleiche Temperatur der Backatmosphäre
auf recht zu erhalten. Es versteht sich, daß die Wände des Gehäuses 10 ein wärmeisolierendes
Material enthalten, um den Wärmeverlust durch das Gehäuse hindurch so gering wie
möglich zu halten.
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Wie man in Fig. 1 erkennt, sind in dem Gehäuse 10 zwei Schwadenventile
86 und 88 angeordnet. Das obere Schwadenventil ist so stark ein seine Schließstellung
vorgespannt, daß es bei dem normalen Betriebsdruck im Backofen nicht geöffnet wird.
Es ermöglicht in seiner Offenstellung einen raschen Abzug der Backatmosphäre in--folge
der Gebläsewirkung. Das untere Schwadenventil öffnet sich selbsttätig unter dem
bei der Dampferzeugung an der Beschwadungseinrichtung auftretenden Überdruck im
Backofen.