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Die Erfindung betrifft ein System
zur Bewertung eines Verschmutzungszustands eines Backofenraums.
Wenn nämlich
der Ofen schmutzig ist, d.h. wenn sich Fette oder andere Spritzer
bei vorhergehenden Kochvorgängen
an den Wänden
des Backofenraums abgesetzt haben, können im Laufe eines neuen Kochvorgangs
schlechte Gerüche
und Dämpfe
freigesetzt werden. Zum Reinigen des Backofenraums weist der Backofen
gewöhnlich
eine Pyrolyseeinrichtung auf.
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Die Pyrolyse wird von dem Benutzer
ausgelöst,
wenn der Backofen schmutzig ist. Aber es gibt keine Vorrrichtung,
die den Verschmutzungszustand der Wände eines Backofenraums mißt; dieser
Verschmutzungszustand wird subjektiv von dem Benutzer beurteilt,
der beispielsweise feststellt, daß an den Wänden des Backofenraums Flecken
vorliegen. Während
der Pyrolyseoperation steigt die Temperatur in dem Backofenraum
während
einer gewissen Zeit auf hohe Werte, typischerweise über 500°C, beispielsweise
etwa zwei bis drei Stunden. Der Benutzer führt diese Operation mit der
Frequenz durch, die er wählt.
Aber diese Frequenz ist wegen der subjektiven Beurteilung des Verschmutzungszustandes
des Backofenraums nicht optimiert. Entweder führt nämlich der Benutzer selten Pyrolysen
durch, und die in einem schmutzigen Backofen durchgeführten Kochvorgänge ziehen
die Freisetzung von schlechten Gerüchen oder Dämpfen nach sich, oder der Benutzer führt häufig Pyrolysen
durch, und der für
diese Pyrolysen erforderliche Stromverbrauch ist hoch. Demnach besteht
Interesse an einem System zur Bewertung des Verschmutzungszustands
des Backofenraums, um die Frequenz der Pyrolysen zu optimieren,
womit es für
den Benutzer möglich
wird, stets einen im wesentlichen sauberen Ofen und gleichzeitig einen
reduzierten Stromverbrauch zu haben.
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Die Erfindung beruht auf der Verwendung
einer Krackzelle, in welcher die Fette oder Verschmutzungen aus
dem Kochvorgang im Verlauf einer exothermen Reaktion geknackt werden,
die eine Krackenergie freisetzt. Durch die direkte oder indirekte
Messung dieser Krackenergie kann der Menge von gekrackten Kochverschmutzungen
und auch der Menge von Verschmutzungen nachgegangen werden, die
an den Wänden
des Backofenraums abgesetzt werden.
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Erfindungsgemäß ist ein System zur Bewertung
eines Verschmutzungszustandes eines Backofenraums vorgesehen, das
wenigstens eine Zelle zum Kracken der Verschmutzungen aufweist,
wobei das Kracken eine Krackenergie freisetzt, Mittel zum Messen
der Temperatur, die der Zelle zugeordnet sind, Mittel zum intermittierenden
Heizen der Zelle auf eine Temperatur, die ausreicht, um das Kracken der
Verschmutzungen hervorzurufen, wobei die Krackenergie die gemessene
Temperatur beeinflußt, und
Verarbeitungsmittel, die ein Verschmutzungsniveau der gemessenen
Temperatur zuordnen.
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Die Erfindung ist besser zu verstehen,
und weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung und den beigefügten
Zeichnungen als nicht einschränkenden
Beispielen; darin zeigen:
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1 schematisch
ein Bewertungssystem nach der Erfindung;
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2 schematisch
Temperaturprofile eines Bewertungssystems nach der Erfindung im
Zeitverlauf;
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3 schematisch
bevorzugte Ausführungen
eines Teils eines Bewertungssystems nach der Erfindung;
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4 schematisch
den Einbau einer Krackzelle eines Bewertungssystems nach der Erfindung in
den Evakuierungskanal eines Ofens; und
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5 bis 6 schematisch bevorzugte
Ausführungen
von verschiedenen Teilen eines Bewertungssystems nach der Erfindung.
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1 stellt
schematisch ein Bewertungssystem nach der Erfindung dar. Die Pfeile
zwischen den Blöcken
stellen Datenübertragungen
dar, die durch Buchstaben symbolisiert sind, und die Doppelpfeile stellen
Lieferungen von Energiemengen dar, die durch unterstrichene Buchstaben
symbolisiert sind. Das System weist eine Krackzelle 1 auf,
mit welcher Temperaturmeßmittel 2 verbunden
sind. Der Anschluß der
Mittel 2 an die Zelle 1 ist gestrichelt symbolisiert.
Die Temperaturmeßmittel 2 messen
die Temperatur T auf Höhe
der Zelle 1. Die Verarbeitungsmittel 5 ordnen
ein Niveau von Verschmutzungen N der auf Höhe der Zelle 1 gemessenen
Temperatur T zu. Die Energie E der Reaktion zum Kracken der Verschmutzungen
auf Höhe
der Zelle beeinflußt die
Temperatur T auf Höhe
der Zelle 1.
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Das System weist auch Mittel 4 zum
intermittierenden Heizen auf. Die Heizmittel 4 liefern
an die Zelle 1 eine Wärmemenge
Q, um die Zelle 1 auf eine ausreichende Temperatur zu bringen,
um das Kracken der Verschmutzungen hervorzurufen. Die Verarbeitungsmittel 5 bewerten
das Niveau N von Verschmutzungen ausgehend von der Temperatur T,
die über
die Temperaturmeßmittel 2 gemessen
wird. Aufgrund des intermittierenden Charakters der Heizmittel 4 kann
an der Versorgungsenergie für
diese Heizmittel 4 gespart werden.
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Die Mittel 4 zum intermittierenden
Heizen weisen ein der Zelle 1 zugeordnetes Heizelement
auf und führen
der Zelle 1 durch Impulse Wärme zu. Jeder Kochvorgang weist
bevorzugt zwei oder drei Heizimpulse auf. Die Dauer der Heizimpulse
beträgt vorteilhaft
im wesentlichen acht Minuten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
findet während
eines Kochvorgangs der erste Impuls im wesentlichen dreißig Minuten
nach dem Beginn des Kochvorgangs statt, und die folgenden Impulse
folgen in einem Intervall aufeinander, das im wesentlichen zwanzig
Minuten beträgt.
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Die Verarbeitungsmittel 5 können ein
Niveau N von Verschmutzungen der von den Temperaturmeßmitteln 2 gemessenen
Temperatur T zuordnen, entweder direkt oder indirekt, durch Bewertung
eines Zwischenparameters wie beispielsweise der Dauer Δt, während derer
die gemessene Temperatur T über einer
Schwellentemperatur TS liegt, wie dies bei 2 erläutert
wird.
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In 1 geben
die durchgekreuzten Pfeile die Zirkulationsrichtung der Luft an,
die die Zelle 1 durchquert. Oberhalb der Zelle 1 ist
die Luft mit Verschmutzungen belastet, die beispielsweise Fette sind,
die von dem Kochvorgang stammen. In der Zelle 1 werden
die Verschmutzungen einem Kracken unterzogen, d.h. die Verschmutzungen,
die große
Moleküle
sind, werden in kleinere Moleküle
zerteilt, die hier Rückstände genannt
sind. Unterhalb der Zelle 1 ist die Luft mit Rückständen belastet.
Das Knacken ist eine exotherme Reaktion, d.h. sie liefert eine bestimmte
Energie pro Menge an geknackten Verschmutzungen. Die Energie E gibt
also Aufschluß über die
Menge von Verschmutzungen, die die Zelle 1 durchquert hat.
Im übrigen
setzt sich für
eine gegebene Struktur eines Backofenraums dann, wenn eine gegebene
Menge von Verschmutzungen die Zelle 1 durchquert, eine
bestimmte Menge von Verschmutzungen an den Wänden des Backofenraums ab.
Die Menge von Verschmutzungen, die die Zelle 1 durchquert,
gibt also Aufschluß über die
an den Wänden des
Backofenraums abgeschiedene Menge von Verschmutzungen, die hier
Niveau N von Verschmutzungen genannt ist. Folglich läßt sich
beispielsweise durch eine Kalibrierung eine Entsprechung zwischen der
Krackenergie E und dem Niveau N von Verschmutzungen erstellen. Da
die Krackenergie E die von den Temperaturmeßmitteln 2 gemessene
Temperatur beeinflußt,
läßt sich
durch eine Kalibrierung auch entweder eine Entsprechung zwischen
der Energie E und der Temperatur T oder eine direkte Entsprechung
zwischen dem Niveau N von Verschmutzungen und der Temperatur T erstellen.
Anstelle der Krackenergie E, kann ein dafür repräsentativer Parameter wie die
Dauer Δt
verwendet werden, während derer
die gemessene Temperatur T über
einer Schwellentemperatur TS bleibt, wie dies zu 2 erläutert
ist. Bei einem Kochvorgang wird diese Entsprechung von den Verarbeitungsmitteln 5 durchgeführt.
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Die Zelle 1 ist bevorzugt
eine katalytische Zelle, d.h. sie enthält einen Katalysator, der für ein Knacken
der Verschmutzungen durch Katalyse innerhalb der Zelle 1 verantwortlich
ist. Die Zelle 1 besteht beispielsweise aus einem Zylinder
aus Keramik oder Cordierit, der von kleinen Kanälen durchsetzt ist, deren Achse
parallel zu der Achse des Zylinders liegt und deren Inneres mit
dem Katalysator ausgekleidet ist. Die Kanäle haben beispielsweise einen Durchmesser
in der Größenordnung
von einem oder mehreren Millimetern. Der Katalysator kann Palladium
oder Platin sein. In 1 wie
in den folgenden Figuren versteht sich, daß die verschiedenen Mittel funktionelle
Darstellungen sind und die Vorrichtung einen Mikroprozessor aufweisen
kann, dessen Aufgabe darin besteht, alle oder einen Teil der oben
beschriebenen Operationen durchzuführen sowie sie zu koordinieren.
Die Temperaturmeßmittel 2 weisen wenigstens
einen Temperatursensor auf, der eine Temperatur auf Höhe der Zelle
mißt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, die in Verbindung mit 2 beschrieben ist,
vergleichen die Verarbeitungsmittel bei jedem Heizimpuls die von
den der Zelle 1 zugeordneten Mitteln 2 zum Messen
der Temperatur T gemessene Temperaturkennlinie mit einer Referenzkennlinie,
die Eichkurve heißt.
Es sind verschiedene Vergleichstypen möglich wie beispielsweise die
Bewertung der Differenz der von den Kurven abgedeckten Flächen, die
die Temperaturkennlinien im Zeitverlauf darstellen, oder auch die
Bewertung der Differenz der Temperaturspitzenwerte zwischen den
Temperaturkennlinien.
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Die Verarbeitungsmittel 5 bewerten
bevorzugt bei jedem Heizimpuls die Dauer, während derer die der Zelle 1 zugeordneten
Mittel zum Messen der Temperatur T eine höhere Temperatur als eine gegebene
Schwellentemperatur TS messen, und vergleichen diese Dauer mit einer
Referenzdauer Δt0. So ist ein guter Kompromiß zwischen
der Präzision
und der Komplexität
der durchgeführten
Messungen realisiert. Genauer stellt 2 Kurven
der Temperatur T, die auf Höhe
der Zelle 1 gemessen wurde, als Funktion der Zeit t für verschiedene
Zustände
des Backofenraums in Reaktion auf einen Heizimpuls dar, der von
den Mitteln 4 zum intermittierenden Heizen erzeugt wird,
wobei der Heizimpuls bei t1 beginnt. Die Kurve 2A stellt
die Referenzkennlinie dar, die auch Eichkurve heißt und einem
sauberen Ofen entspricht. Das Niveau N von Verschmutzungen, das
einem sauberen Ofen entspricht, ist im wesentlichen null. Die horizontale
Linie TS stellt die gegebene Schwellentemperatur dar, z.B. 200°C. Die Referenzdauer Δt0 ist die Dauer, während derer die Temperatur
T auf Höhe der
Zelle 1 über
der Schwellentemperatur TS liegt. Je schmutziger der Backofenraum
ist, desto höher
ist die Krackenergie E, die auf Höhe der Zelle 1 freigesetzt
wird, und desto länger
bleibt die Temperatur T über
der Schwellentemperatur TS. Die Dauern Δt1 und Δt2, die den Kurven 2B bzw. 2C entsprechen, sind
länger
als die Dauer Δt0, was bedeutet, daß die Kurven 2B und 2C Backofenräumen entsprechen, die
schmutzig sind. Die Dauer Δt2 ist länger
als die Dauer Δt1, was bedeutet, daß die Kurve 2C einem schmutzigeren
Backofen als die Kurve 2B entspricht. Durch eine Eichung
kann beispielsweise jeder Dauer Δt1 Δt2 ein entsprechendes Niveau N von Verschmutzungen
zugeordnet werden. In Abhängigkeit
von verschiedenen Parametern wie z.B. der Temperatur des Backofenraums
während
des Kochvorgangs kann es verschiedene Eichkurven und/oder verschiedene Schwellentemperaturen
geben. Bevorzugt gibt es eine einzige Eichkurve und eine einzige
Schwellentemperatur. Die Referenzkennlinie oder die Referenzdauer
wird dann vorteilhaft von der Versorgungsspannung der Mittel 4 zum
intermittierenden Heizen moduliert. Weitere Parameter wie die Temperatur
des Backofenraums können
die Referenzkennlinie oder die Referenzdauer modulieren. Die Modulation
der Referenzdauer kann aus einem erhöhten oder verminderten Wert
von Δt0 bestehen, je nachdem, ob die Versorgungsspannung
der Mittel 4 zum intermittierenden Heizen während des
Kochvorgangs mehr oder weniger hoch ist. Die Verarbeitungsmittel 5 verwenden
vorteilhaft zur Modulation der Referenzkennlinie oder der Referenzdauer,
wie dies bei 2 erläutert wurde,
Mittel 13 zum Messen der Spannung V der Mittel 9 zur
Versorgung der Mittel 4 zum intermittierenden Heizen der
Zelle 1, die in 3 dargestellt sind.
Die Versorgungsmittel 9 liefern eine Leistung P zu den
Mitteln 4 zum intermittierenden Heizen. Die Versorgungsmittel 9 können beispielsweise
das elektrische Netz sein.
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4 stellt
schematisch dar, wie bevorzugt eine Krackzelle eines Bewertungssystems
nach der Erfindung in den Evakuierungskanal eines Backofens eingebaut
ist. Die Temperatursensoren sind in der Zeichnung mit T bezeichnet.
Die Zelle 1 ist in einem Evakuierungskanal angeordnet,
der einen Backofenraum 7 und ein äußeres Medium 8 verbindet, welches
die Küche
sein kann, in der sich der Backofen befindet. Die Pfeile stellen
die Bewegung der Luft aus dem Backofenraum 7 zu einem äußeren Medium 8 dar.
Die Luft oberhalb der Zelle 1, d.h. an der Seite des Backofenraums 7,
ist mit Verschmutzungen belastet. Die Luft unterhalb der Zelle,
d.h. an der Seite des äußeren Milieus 8,
ist mit Rückständen belastet. Damit
die Zelle 1 korrekt funktionieren kann, muß sie den
Luftdurchsatzbelastungen entsprechen, die durch den Evakuierungskanal 6 und
das hier nicht dargestellte Evakuierungssystem 7 auferlegt
sind. Zum Erneuern der Luft des Backofenraums 7 muß der in
der Zelle 1 auferlegte Durchsatz z.B. mit der Kinetik der
Katalysereaktion kompatibel sein, die in der Zelle 1 abläuft. Bevorzugt
durchquert die gesamte Luft, die den Evakuierungskanal 6 durchquert,
auch die Zelle 1, damit keine oder sehr wenige Verschmutzungen
in der Luft vorliegen, die in dem äußeren Medium 8 ankommt.
Die Temperaturmeßmittel 2 bestehen
aus einem zweiten Temperatursensor 12, der in dem Evakuierungskanal 6 angeordnet
ist. Bei einer ersten Variante ist der zweite Temperatursensor 12 unterhalb
und bevorzugt in der Nähe
der Zelle 1 angeordnet, und bei einer zweiten Variante
besteht der zweite Temperatursensor 12 aus einem Sensor,
der im Inneren der Zelle 1 liegt. Dieser Sensor ist bevorzugt
ein Thermoelement oder eine Platinsonde.
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Bei einer bevorzugten Ausführung eines
Bewertungssystems können
die Verarbeitungsmittel 5 das erhaltene Niveau N an Verschmutzungen
der Summe Σ der
Niveaus an Verschmutzungen der Heizimpulse der vorhergehenden Kochvorgänge oder
der dem laufenden Kochvorgang vorhergehenden Heizimpulse hinzufügen, die
allgemein vorhergehende Impulse genannt sind, wobei die Summe Σ in eben
diesen Verarbeitungsmitteln 5 gespeichert wird, um ein
Gesamtniveau NT von Verschmutzungen zu erhalten, das erneut gespeichert
wird, um die Summe F für
den ersten Impuls des folgenden Kochvorgangs oder für den folgenden
Impuls des laufenden Kochvorgangs zu bilden. Die Verarbeitungsmittel 5 vergleichen
dann das Gesamtniveau NT mit einem vordefinierten Schwellenwert
Sp. Liegt das Gesamtniveau NT über
dem Schwellenwert Sp, dann gilt der Backofenraum als schmutzig.
Das System weist dann vorteilhaft Visualisierungsmittel 10 auf,
die in 5 dargestellt
sind und eine Angabe IS zur Verschmutzung des Backofenraums anzeigen,
wobei die Angabe von den Verarbeitungsmitteln 5 zu den Visualisierungsmitteln 10 übertragen
wird. Die Verarbeitungsmittel 5 können ferner mehrere Schwellenwerte
Sp aufweisen, und die Visualisierungsmittel 10 zeigen dann
die entsprechenden Verschmutzungsangaben an, z.B.: "Ofen wenig verschmutzt", "Ofen schmutzig", "Ofen sehr schmutzig". Die Visualisierungsmittel
können
ferner für
einen bestimmten, vordefinierten Schwellenwert Sp weitere Angaben
wie z.B. "Vorschlag
zur Pyrolyse" anzeigen.
Der Benutzer verfügt
dann über
zuverlässige
Angaben, so daß er mit
voller Überlegung
eine Pyrolyse auslösen
kann. Wenn der vordefinierte Schwellenwert Sp, über dem das Gesamtniveau NT
an Verschmutzungen liegt, einen vordefinierten Wert Vp überschreitet,
dann wird die intermittierende Heizung der Zelle 1 bevorzugt kontinuierlich
und die Zelle 1 ist dann während des gesamten restlichen
Kochvorgangs aktiv, wodurch ein komplettes Knacken der Verschmutzungen
möglich
wird und so die schlechten Gerüche
und die Dämpfe
vermieden werden, die aus einem zu schmutzigen Backofenraum stammen.
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6 stellt
eine Pyrolyse 11 dar, die mit den Verarbeitungsmitteln 5 verbunden
ist. Eine Pyrolyse ist eine Operation, in deren Verlauf die Temperatur auf
hohe Werte, z.B. in der Größenordnung
von 500°C
ansteigt und während
derer die an den Wänden
abgeschiedenen Verschmutzungen in feste Verbrennungsrückstände, die
der Benutzer an der unteren Fläche
des Backofenraums auffängt,
sowie in gasförmige
Verschmutzungen umgeformt werden, die durch einen in 6 nicht dargestellten Evakuierungskanal 6 evakuiert
und durch Knacken in der Zelle 1 zersetzt werden, die während der
Pyrolyse aktiv ist. Bei einer Pyrolyse wird ein Niveau N nicht null
von Verschmutzungen von den Verarbeitungsmitteln 5 zu der
Pyrolyseeinrichtung übertragen,
solange sich Verschmutzungen in dem Backofenraum befinden. Wenn
das Niveau N von Verschmutzungen im wesentlichen null wird, enthält der Backofenraum
keine Verschmutzungen mehr, und seine Wände sind sauber; die Pyrolyseeinrichtung
hält dann
die Pyrolyse an. Der Wert von "im
wesentlichen null" ist
von dem Hersteller des Ofens je nach dem ins Auge gefaßten Ofentyp gewählt. Die
Dauer der Pyrolyse wurde also auf das Minimum reduziert, wobei sie
gleichzeitig lange genug bleibt, um den Backofenraum sauber zu machen.
Nach einer Pyrolyse wird die in den Verarbeitungsmitteln 5 gespeicherte
Summe Σ der
Niveaus von Verschmutzungen auf null zurückgestellt. Eine weitere Option
besteht darin, die Pyrolysedauer nach dieser Summe Σ zu regeln:
diese Methode hat den Nachteil, daß nicht berücksichtigt werden kann, ob
der Benutzer etwa zwischen zwei Pyrolysen zum Schwamm greift.