DE3912124C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gaskocheinrichtung mit wenigstens einem unter einer Glaskeramikplatte angeordneten Gas­ strahlungsbrenner mit einer Brennerplatte, Regeleinrichtungen für die Gaszufuhr, Zünd- und Sicherheitseinrichtungen sowie Überwachungsein­ richtungen für die Temperatur der Abdeckplatte sowie auf ein Verfahren zum Verringern der Aufheizzeit einer derartigen Gaskocheinrichtung.

Gaskocheinrichtungen mit Gasstrahlungsbrenner und Glaskeramik-Kochplatte sind in zahlreichen Ausführungsformen beschrieben worden, z. B. in US-PS 34 68 298, DE-OS 26 21 801, US-PS 40 83 355 oder US-PS 42 01 184. Bei Gasstrahlungsbrennern wird das Gas an der Oberfläche einer aus poröser Keramik bestehenden Brennerplatte verbrannt. Bei einer Gaskocheinrichtung sind ein oder mehrere solcher Gasstrahlungsbrenner mit Abstand unter einer gemeinsamen, an sich bekannten Glaskeramikplatte angeordnet, wobei durch jeden Brenner an der Oberseite der Glaskeramikplatte eine Kochstelle gebildet wird. Jeder einzelne Gasstrahlungsbrenner ist mit einer Zündein­ richtung und mit einer Zündsicherung gegen unverbraucht abströmendes Brenngasgemisch versehen. Die Beschreibung einer derartigen Brennerplatte findet sich z. B. in EP 01 87 508 A2.

Die Temperatur der strahlenden Brennerplatte liegt je nach der Temperatur­ beständigkeit des Materials zwischen etwa 900°C und 950°C. Die dem Brenner maximal zuführbare Gasmenge ist durch konstruktive Maßnahmen so begrenzt, daß eine maximale Betriebstemperatur nicht überschritten wird, z. B. um das Material der Brennerplatte oder der Kochfläche zu schonen und um überflüssige Energieverluste zu vermeiden.

Die zulässige Maximaltemperatur von Glaskeramik-Kochflächen liegt üblicher­ weise zwischen etwa 700°C und 750°C. Da bei Töpfen mit ungeeigneten Böden oder bei nicht besetzter Kochstelle bei eingestellter hoher Leistung innerhalb kurzer Zeit in der Glaskeramikplatte Temperaturen von 900°C und mehr auftreten können, ist zum Schutz der Glaskeramikplatte ein Temperaturbegrenzer vorgesehen, durch den derartige Übertemperaturen sicher verhindert werden. Solche Temperaturbegrenzer sind z. B. in DE-OS 26 21 801 oder US-PS 42 01 184 ausführlich beschrieben.

Für den praktischen Einsatz zur Beheizung einer Kochfläche muß neben einer Temperaturbegrenzung auch noch eine Regelung oder Steuerung der Leistung des Brenners vorhanden sein. Zur Steuerung der Leistung sind zwei Prinzipien bekannt: Zum einen wird der Brenner kontinuierlich be­ trieben und die zugeführte Gasmenge wird entsprechend der geforderten Leistung vermindert oder vergrößert und zum anderen wird der Brenner getaktet betrieben, d. h. der Brenner wird stets mit der maximalen Gas­ menge betrieben und die geforderte Leistung ergibt sich aus dem Verhält­ nis von Einschaltzeit zu Ausschaltzeit (Taktverhältnis). Anstelle einer reinen Leistungssteuerung mit für die einzelnen Leistungsstufen fest vorgegebenen Gasmengen oder Taktverhältnissen kann auch eine Leistungs­ regelung vorgesehen sein, bei der ein Temperaturfühler die Leistungs­ abgabe in Abhängigkeit von der Kochstellentemperatur regelt, wie es z. B. ausführlich in US-PS 42 01 184 beschrieben ist.

Obwohl die bisherigen Gaskocheinrichtungen mit Gasstrahlungsbrenner schon Gegenstand zahlreicher Verbesserungen waren, besteht ein immer noch ungelöstes Problem darin, daß es beim Einschalten des Brenners verhältnismäßig lang dauert, bis die Brennerplatte glüht und damit auch sichtbar wird und der Brenner seine volle Leistung abgibt (ca. 60 s, vgl. US-PS 41 30 104).

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Gaskocheinrichtung mit Gasstrahlungsbrenner und Glaskeramikplatte zu schaffen, bei der die Aufheizzeit der Brennerplatte nach dem Einschalten wesentlich ver­ kürzt ist, und ferner ein Verfahren zum Verringern der Aufheizzeit bei einer Gaskocheinrichtung der genannten Art zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 beschriebene Gaskoch­ einrichtung und das im Patentanspruch 7 beschriebene Verfahren zum Ver­ ringern der Aufheizzeit gelöst.

Das Prinzip der Erfindung besteht somit darin, dem Brenner während seiner Aufheizphase, d. h. nach dem Einschalten (Zünden) oder beim Schalten auf volle Leistung eine Gasmenge zuzuführen, mit der die Kochstelle langfristig temperaturmäßig überlastet werden würde, da diese Gasmenge beim Verbrennen eine derartig hohe Temperatur hervorrufen würde, daß z. B. die für die Keramik der Brennerplatte oder der Kochfläche zulässige Maximaltemperatur überschritten würde, oder daß unzulässig hohe Energieverluste auftreten würden. Diese erhöhte Gasmenge ist jedoch so lange unschädlich, wie die zulässige Maximaltemperatur im Normalbetrieb noch nicht erreicht ist. Sobald dieses der Fall ist, muß durch geeig­ nete Maßnahmen bzw. Einrichtungen sichergestellt werden, daß die Gas­ menge wieder so weit gedrosselt wird, daß, wie bei einer herkömmlichen Gaskocheinrichtung, die zulässige maximale Betriebstemperatur nicht überschritten werden kann. Diese Drosselung kann z. B. darin bestehen, daß ein Zusatzventil, durch das dem normalen Gasstrom eine zusätzliche Gasmenge zugemischt wurde, wieder geschlossen wird. Eine andere Möglich­ keit kann darin bestehen, daß das gesamte Gaszufuhrsystem auf die erhöhte Gasmenge ausgelegt wird und daß der Gasstrom dann durch Einschalten einer Blende oder durch eine andere Verringerung des Querschnittes der Gasleitung oder durch andere, dem Fachmann an sich bekannte Maßnahmen zur Verringerung eines Gasmassenflusses gedrosselt wird.

Die Drosselung muß spätestens zu einem Zeitpunkt geschehen, an dem die Betriebstemperatur der Kochstelle bei Vollast erreicht ist. Die Betriebs­ temperatur bei Vollast kann innerhalb gewisser vom Hersteller des Koch­ gerätes zugelassener Grenzen schwanken, je nach den Kochbedingungen (z. B. Topfqualität, Topfgröße, Kochgutmenge). Als Möglichkeit dafür bietet sich einmal eine einfache Zeitsteuerung an, die beim Zünden des Brenners und/oder beim Schalten des Brenners auf Vollast aktiviert wird.

Für eine fest vorgegebene Zeit wird der Brenner mit der erhöhten Gasmenge versorgt und nach Ablauf dieser Zeit wird der Gasstrom wieder auf das Normalmaß gedrosselt. Eine Zeitsteuerung ist besonders preiswert herstell­ bar und arbeitet auch dann noch zufriedenstellend, wenn die Brennerplatte bei der Aktivierung der Zeitsteuerung noch heiß ist, da die Strahlungs­ leistung mit steigender Temperatur der Brennerplatte sehr stark ansteigt. Der Temperaturanstieg ist daher im oberen Leistungsbereich des Brenners nicht mehr so schnell, so daß auch in diesen Fällen die vorgegebene Zeit abgelaufen ist, bevor für die Brennerplatte zerstörerische Temperaturen auftreten. Es ist auch möglich, die Stellung des Reglers für die Gasmenge zu benutzen, um die Zeit, in der die überhöhte Gasmenge zugeführt wird, zu steuern, indem z. B. ausgehend von einer Teillast­ stellung beim Schalten auf Vollast die Zeit, in der der Brenner mit der erhöhten Gasmenge betrieben wird, umso kürzer wird, je höher die Teillaststellung vor Beginn der Vollaststellung war.

Die Zeit, in der der Brenner mit erhöhter Gaszufuhr betrieben werden kann, bis die Betriebstemperatur bei Vollast erreicht ist, hängt von der zu erreichenden Temperatur, von dem Heizwert des Gases und von der dem Brenner zugeführten erhöhten Gasmenge ab und kann experimentell leicht ermittelt werden. Üblicherweise liegt diese Zeit zwischen etwa 5 und 60 Sekunden. Bevorzugt wird eine Zeit von weniger als 20 s, insbe­ sondere weniger als 10 s, in der die Brennerplatte sichtbar glühen soll.

Es ist dem Fachmann bekannt, daß die dem Brenner zugeführte Gasmenge bzw. das der Gasmenge proportionale Gas-Luft-Gemisch nicht beliebig hoch gewählt werden kann, weil die Verbrennung in der Oberfläche bzw. in den Poren der keramischen Brennerplatte stattfinden muß. Ist die Gasmenge zu hoch, so wird die Strömungsgeschwindigkeit in den Poren und Bohrungen der Brennerplatte so hoch, daß die Flammenfront aus der Brennerplatte herauswandert und der Brenner nicht mehr strahlt. Die maximal dem Brenner zugeführte Gasmenge bzw. das Gas-Luft-Gemisch ist daher so zu wählen, daß die Verbrennung noch in der Brennerplatte stattfindet. Es ist dabei im Sinne einer schnellen Erwärmung der Brenner­ platte von Vorteil, die Gasmenge möglichst hoch zu wählen. Üblicher­ weise beträgt die dem Brenner zusätzlich zugeführte Gasmenge etwa 10 bis 40% der im Dauerbetrieb des Brenners maximal zulässigen Gas­ menge; bei speziellen Brennerplatten, wie sie z. B. aus EP 01 87 508 A2 bekannt sind, kann dieser Faktor auch höher sein.

Die zweite Möglichkeit, den Zeitpunkt der Drosselung der Gasmenge fest­ zulegen, besteht darin, die Temperatur der Oberfläche der Brennerplatte zu ermitteln und den Gasstrom bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur der Brennerplatte zu drosseln. Die Messung der Temperatur kann mit an sich bekannten Mitteln erfolgen, so z. B. durch ein in, an oder über der abgasseitigen, d. h. heißen Oberfläche der Brennerplatte angeordnetes Thermoelement, z. B. Pt/Ir-Elemente oder durch einen elektrischen Wider­ stand, durch ein Dehnstoffelement oder durch Messung der von der Brenner­ platte ausgehenden Strahlung, insbesondere durch Messung der Farbtempe­ ratur oder der Strahlungsintensität. Die Strahlungsmessung hat den Vor­ teil, daß die eigentliche Meßzelle, z. B. eine Fotodiode, ein Foto­ transistor oder ein fotoelektrisches Element keinen direkten Kontakt mit der heißen Oberfläche der Brennerplatte zu haben braucht. Besonders vor­ teilhaft wird die Strahlungsmeßzelle an einer verhältnismäßig kühlen Stelle der Kocheinrichtung angeordnet und die von der Brennerplatte aus­ gehende Strahlung mittels einer Lichtleitvorrichtung, z. B. mittels einer Glasfaser oder eines Glasfaserbündels zu der Meßzelle geleitet.

Bei geeigneter Anordnung des Temperaturfühlers für die Zündsicherung in oder direkt an der abgasseitigen Oberfläche der Brennerplatte kann dieser ggfls. auch noch die Überwachung der Temperatur der Brennerplatte mit übernehmen.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen vertikalen Ausschnitt aus einer Gaskocheinrichtung mit einem Strahlungsbrenner in teilgeschnittener Darstellung,

Fig. 2 eine Aufsicht auf den Ausschnitt gemäß Fig. 1,

Fig. 3 den Ablaufplan einer elektronischen Steuerung für eine Gaskocheinrichtung mit Steuerung der zusätzlichen Gasmenge über eine Temperaturmessung der Brennerplatte.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Glaskeramikplatte 1, die als Kochfläche dient. Unterhalb der Platte 1 befindet sich ein Infra­ rot-Strahlungsheizelement 2, das ein Gehäuse 3, das aus Metall bestehen kann, und eine poröse (perforierte) Brennerplatte 5, die über dem offenen oberen Teil des Gehäuses 3, z. B. mittels Klammern, angeordnet ist. Das Gehäuse 3 und die Brennerplatte 5 bilden den Brennerraum 4. Die Brenner­ platte 5 ist gewöhnlich rund und kann eine zentrale Öffnung 6 haben. Über die Seitenwand des Gehäuses 3 ist das Gas-Mischrohr 7 mit dem Brenner­ raum 4 verbunden, das andere Ende des Mischrohres 7 ist mit der Gas­ düse 8 verbunden. Die Gasdüse 8 ist mit zwei Gaszufuhrrohren 21 und 22 verbunden, von denen das Gaszufuhrrohr 21 (Hauptgasleitung) der Zufuhr der für den Normalbetrieb des Brenners erforderlichen Gasmenge dient und das Gaszufuhrrohr 22 (Zusatzgasleitung) die für die Anheizphase be­ nötigte zusätzliche Gasmenge liefert. Ein z. B. aus Metall bestehender Abgasring 9 umgibt kreisförmig die Brennerplatte 5. Der Ring 9 ist mittels einer kreisförmigen, nach innen gebogenen Lippe am oberen Ende des Ge­ häuses 3, z. B. durch Schweißen, befestigt. Das obere kreisrunde Ende des Abgasringes 9 ist so geformt, daß es über einen elastischen, tempera­ turbeständigen Dichtring 10 an die Glaskeramikplatte 1 federnd angedrückt werden kann. In dem Abgasring 9 ist eine längliche Öffnung angebracht, mit der der Abgasstutzen 11 verbunden ist. Der Abgasring 9 besitzt ferner ein Bohrloch 12 zur Aufnahme eines Temperaturbegrenzers in der darge­ stellten Form als Stabausdehnungsregler 13 mit Schalter 13 A. Dieser Temperaturbegrenzer dient dem Schutz der Glaskeramikplatte 1. Die Öffnungen 14 und 16 dienen der Aufnahme einer Zündeinrichtung, z. B. einer Zündkerze 15 bzw. eines Temperaturfühlers 17 als Zündsicherung. Die Funktion von Temperaturbegrenzern, Zündeinrichtungen und Zündsiche­ rungen sind dem Fachmann bekannt und werden nicht näher beschrieben. Die zentrale Öffnung 6 der Brennerplatte 5 ist mit einem Keramikrohr 6 A versehen, in dem ein Thermofühler 18 angeordnet ist. Dieser Thermo­ fühler 18 dient der Leistungsregelung und ermöglicht ein vollautomatisches Kochen. Die Funktion eines solchen Reglers ist ebenfalls wohlbekannt und wird nicht näher erläutert.

Die Öffnung 19 in dem Abgasring 9 dient der Aufnahme eines weiteren Thermofühlers 20, der in direktem Kontakt mit der abgasseitigen Ober­ fläche der Brennerplatte 5 steht. Sobald der durch die Brennerplatte 5 erwärmte Temperaturfühler 20 die vorgegebene Maximaltemperatur für die Brennerplatte 5 feststellt, wird der durch das Gaszuführrohr 22 fließende zusätzliche Gasstrom abgestellt. Eine Überhitzung der Brennerplatte 5 wird dadurch vermieden. Auf die Darstellung von Einzelheiten von Schaltern, Ventilen, Verdrahtung oder von elektrischen Einrichtungen ist verzichtet worden, da diese Teile aus konventionellen, im Handel erhältlichen Bauteilen bestehen und seit langem zum Stand der Technik gehören. Sowohl der Stabausdehnungsregler 13 als auch der Temperatur­ sensor 20 können ggfls. so ausgelegt werden, daß sie zwei Schaltpunkte haben, derart, daß ein unterer Schaltpunkt das gewünschte Signal für die Zündsicherung abgibt und daß der obere Schaltpunkt der gewünschten Temperaturbegrenzung dient. Auf diese Weise kann der Temperaturfühler 17 für die Zündsicherung eingespart werden.

In Fig. 3 ist ein Ablaufplan dargestellt, der ein Beispiel für Abfolge der einzelnen Maßnahmen bei einem Verfahren der Steuerung der Zusatzmenge über einen Temperaturfühler auf der Brennerplatte zeigt. Die einzelnen Blöcke in Fig. 3 können sowohl operative Schritte als auch Vorrichtungen für die Durchführung solcher Schritte darstellen. Wenn ein Heizelement angeschaltet wird, wird das Programm an dem Startpunkt 30 gestartet. Als nächstes wird in der Einheit 23 festgestellt, ob der Leistungsrege­ lungsschalter (Gas-Schalter) auf "Maximum" steht. Ist das nicht der Fall, wird in Einheit 24 geprüft, ob sich der Brenner noch in der Zünd- (Start-)Phase befindet. Ist auch dies nicht der Fall, so wird mittels Einheit 25 das Gasventil für die zusätzliche Gasmenge (Gaszufuhrrohr 22, Fig. 1) geschlossen bzw. bleibt geschlossen. Von Einheit 25 wird die Kontrolle wieder auf Einheit 23 übergeben. Steht der Leistungsregelungsschalter (Gas-Schalter) auf "Maximum", so wird die Kontrolle an Einheit 26 über­ geben, ebenso, wenn Einheit 24 das Andauern der Zünd-(Start-)Phase feststellt. Einheit 24 ist vorgesehen, um auch beim Zünden unter ver­ minderter Leistung möglichst bald eine Brennerwirkung erreichen zu können.

Einheit 26 stellt fest, ob sich die Temperatur der Brennerplatte noch unterhalb der Maximaltemperatur befindet. Ist das nicht der Fall, so wird mittels Einheit 25 das Ventil für die Zusatzgasmenge geschlossen bzw. bleibt geschlossen und die Kontrolle wird wieder von Einheit 23 übernommen. Befindet sich die Temperatur der Brennerplatte unterhalb der maximal zulässigen Temperatur der Brennerplatte, so wird in Ein­ heit 27 geprüft, ob das Ventil für die Hauptgasleitung (Gaszufuhrrohr 21, Fig. 1) geöffnet ist. Ist das nicht der Fall, so ist auch die Öffnung des Zusatzgasventils sinnlos, das Zusatzgasventil wird mittels Ein­ heit 25 geschlossen und die Kontrolle wieder an Einheit 23 übergeben. Ist jedoch das Hauptgasventil geöffnet, so wird durch Einheit 28 das Zusatzgasventil geöffnet und die Kontrolle an Einheit 26 übergeben. Die aus den Einheiten 26, 27 und 28 gebildete Schleife wird nun so lange durchlaufen, bis entweder die Brennerplatte ihre Maximaltemperatur erreicht hat oder bis das Hauptgasventil geschlossen wird.

Claims (10)

1. Gaskocheinrichtung mit wenigstens einem unter einer Glaskeramik­ platte angeordneten Gasstrahlungsbrenner mit einer Brennerplatte, mit Regeleinrichtungen für die Gaszufuhr sowie mit üblichen Zünd-, Sicherheits- und Temperaturüberwachungseinrichtungen, gekennzeichnet durch
eine beim Einschalten oder beim Schalten auf Vollast aktivierte Gaszufuhreinrichtung, durch die der Brenner mit einer gegenüber der Vollaststellung im Normalbetrieb erhöhten Gasmenge beaufschlagbar ist,
sowie durch eine in Wirkverbindung mit der Gaszufuhr stehende Zeit­ meßeinrichtung oder eine Temperaturmeßeinrichtung für die Betriebs­ temperatur der Kochstelle, durch die die Gaszufuhr und damit die Kochstellentemperatur auf einen vorgegebenen Wert begrenzbar ist.

2. Gaskocheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhte Gasmenge so bemessen ist, daß die Begrenzung der Gasmenge auf den vorgegebenen Wert in weniger als 20 s, insbe­ sondere in weniger als 10 s erfolgt.

3. Gaskocheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßeinrichtung ein in, an oder über der abgasseitigen Oberfläche der Brennerplatte angeordnetes Thermoelement ist.

4. Gaskocheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßeinrichtung eine auf die abgasseitige Ober­ fläche der Brennerplatte gerichtete Strahlungsmeßeinrichtung ist.

5. Gaskocheinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsmeßeinrichtung mit einem Ende einer Lichtleit­ faser verbunden und das andere Ende der Lichtleitfaser auf die Brennerplatte gerichtet ist.

6. Gaskocheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßeinrichtung ein über der abgasseitigen Oberfläche der Brennerplatte angeordnetes Dehnstoffelement ist.

7. Verfahren zum Verringern der Aufheizzeit einer Gaskocheinrichtung mit Gasstrahlungsbrenner, Glaskeramik-Kochplatte und üblichen Leistungs- und Sicherheitseinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner nach dem Zünden und/oder beim Schalten auf volle Leistung so lange mit einer gegenüber der Vollaststellung im Normalbetrieb erhöhen Gasmenge beaufschlagt wird, bis die Betriebstemperatur der Brennerplatte erreicht ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhte Gasmenge so bemessen wird, daß das Glühen der Brennerplatte in weniger als 20 s, insbesondere in weniger als 10 s erreicht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der abgasseitigen Oberfläche der Brenner­ platte überwacht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur durch Messen der Farbtemperatur oder der Inten­ sität der von der Oberfläche ausgesandten Strahlung ermittelt wird.