EP2221545A1 - Backofen mit Latentwärmespeicher - Google Patents

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Publication number
EP2221545A1
EP2221545A1 EP10000107A EP10000107A EP2221545A1 EP 2221545 A1 EP2221545 A1 EP 2221545A1 EP 10000107 A EP10000107 A EP 10000107A EP 10000107 A EP10000107 A EP 10000107A EP 2221545 A1 EP2221545 A1 EP 2221545A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
latent heat
muffle
heat
fan
heat storage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10000107A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hansjörg ROHR
Jürg Werner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
V-Zug AG
Original Assignee
V-Zug AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by V-Zug AG filed Critical V-Zug AG
Priority to EP10000107A priority Critical patent/EP2221545A1/de
Publication of EP2221545A1 publication Critical patent/EP2221545A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C15/00—Details
    • F24C15/34—Elements and arrangements for heat storage or insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C15/00—Details
    • F24C15/32—Arrangements of ducts for hot gases, e.g. in or around baking ovens
    • F24C15/322—Arrangements of ducts for hot gases, e.g. in or around baking ovens with forced circulation

Definitions

  • the invention relates to an oven, in particular a household oven, according to the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is a further reduction of the energy consumption of a baking oven.
  • the device according to the invention is therefore equipped with a subcoolable latent heat accumulator, ie a latent heat accumulator which has two phase states, eg solid and liquid, whereby the first phase state associated with the higher temperature range can be subcooled well below the phase transition temperature, preferably below room temperature (ie below 20 ° C), so that it is able to store the latent heat even at room temperature.
  • a subcoolable latent heat accumulator ie a latent heat accumulator which has two phase states, eg solid and liquid, whereby the first phase state associated with the higher temperature range can be subcooled well below the phase transition temperature, preferably below room temperature (ie below 20 ° C), so that it is able to store the latent heat even at room temperature.
  • the apparatus comprises heat coupling means for selectively thermally coupling the muffle to the latent heat storage and thereby bringing the latent heat storage by heat from the muffle from the second (lower) to the first (higher) phase state.
  • heat coupling means for selectively thermally coupling the muffle to the latent heat storage and thereby bringing the latent heat storage by heat from the muffle from the second (lower) to the first (higher) phase state.
  • selective is understood to mean that the heat coupling means can be activated and deactivated, wherein they cause a higher thermal coupling between muffle and latent heat storage in the activated state than in the deactivated state.
  • the device also has an initiator for triggering the phase transition of the latent heat storage device from the first phase state back to the second phase state when the latent heat storage device is undercooled. This makes it possible to selectively release the latent heat at a desired time.
  • the device according to the invention it is thus possible to convey part of the heat from the muffle area into the latent heat store by activating the heat coupling means after the end of a baking process, when the muffle area is still warm, but the heat is no longer needed there.
  • the muffle area is cooled and stored at the same time the energy as latent heat.
  • the initiator can then be activated to release the latent heat. This is at least partially transferred by the heat coupling means back into the muffle area in order to heat it.
  • the heat coupling means are deactivated and the muffle is further heated by a conventional heater.
  • the heat coupling means may comprise a drive movable part having a first and a second position. In the first position he thermally couples the muffle better with the latent heat storage than in the second position.
  • the latent heat accumulator is connected to the movable part and is moved together with this.
  • the movable member forms a wall for the latent heat storage, which in the first position abuts the muffle and is spaced therefrom in the second position.
  • the heat coupling means comprise air conveying means, for example a fan or a fan, with which selectively (i.e., on and off) air between muffle and latent heat storage can be promoted.
  • the heat coupling means can be formed by a heat pump.
  • a heat pump This has the advantage that a greater part of the heat energy can be promoted from the muffle area to the latent heat store and from the latent heat store to the muffle area.
  • the heat pump can be operated in two directions, so that either heat from the muffle to the latent heat storage or the latent heat storage can be promoted to muffle.
  • a drive 10 which is coupled via a shaft 11 with the fan 6 and this drives.
  • the latent heat accumulator 12 is based on a "phase change material” (PCM), which undergoes a phase transition at a phase transition temperature Tc, which preferably above 50 ° C and below 200 ° C. lies, so it with the residual heat of typical oven temperatures can be melted. Furthermore, the material should be allowed to be subcooled to at least room temperature, so that the latent heat can be stored until the next use. Finally, the crystallization of the supercooled material or the transition from the first (higher) phase state to the second (deeper) phase state must be able to be specifically triggered so that the latent heat can be conveyed back to the muffle area at the right time. For this purpose, an initiator 13 is provided.
  • PCM phase change material
  • phase change material sodium acetate trihydrate (melting point 58 ° C)
  • im U.S. Patent 5,728,316 mentioned mixture of magnesium nitrate hexahydrate Mg (NO3) 2 ⁇ 6 H2O with lithium nitrate LiNO3 (melting point 75.6 ° C) and similar mixtures known from EP 1 087 003 or potassium aluminum dodecylhydrate (melting point 92 ° C) are used, and the other in EP 689,024 and EP 1 186 838 mentioned materials.
  • Most materials of this type use a solid-liquid phase transition. However, the nature of the phase transition plays a minor role in the present context. It is crucial that the latent heat storage can be brought by heating in the first phase state with thermal coupling to the muffle and then subcooled.
  • a mechanical initiator can be used, which is designed, for example, in the manner of a "cracking frog", ie as a metal plate, which changes its configuration when force is applied.
  • the initiator is connected to an electromagnetic actuator that can actuate the initiator.
  • initiators by ultrasound, pressure, chemical initiators as nucleating agents and electrical initiators with which the crystallization is initiated directly by applying a voltage, cf. eg EP 689,024 and EP 1 186 838 ,
  • the heat pump itself can also be used as an initiator by cooling the heat exchanger of the heat pump connected to the latent heat accumulator 12 to such a low temperature that the transition from the first to the second phase state spontaneously.
  • the latent heat storage is movably arranged and can be moved by a drive 15.
  • the drive can be formed for example by a wax switch or a bimetallic drive, or by a controlled by the control of the device electromagnet.
  • the latent heat accumulator 12 In his first position, which in Fig. 1 is shown, the latent heat accumulator 12 is at a distance from the muffle or from the rear wall of the fan chamber 5 and thus has a significantly lower temperature than that which prevails in the oven 3.
  • the region 16, in which the latent heat accumulator 12 is located is ventilated by a fan (not shown) in order to keep the temperature of the latent heat accumulator 12 below the phase transition temperature Tc.
  • the latent heat accumulator 12 is moved by the drive 15 against the muffle and preferably against the impeller 6, until it rests against the wall of the muffle 2 and the fan chamber 5.
  • the heat coupling means mentioned above are thus formed by the wall 18, which closes the latent heat accumulator 12 against the front, as well as by the drive 15th
  • the fan 6 can be turned off. The device can now continue to cool down.
  • the latent heat storage 12 initially remains in the in Fig. 2 shown first position.
  • the initiator 13 is activated and triggers the transition of the latent heat accumulator 12 from the first to the second phase state. This latent heat is released.
  • the fan 6 is in operation, so that the liberated latent heat can be dissipated and introduced into the oven 3.
  • the latent heat storage 12 with the drive 15 back into the in Fig. 1 shown second position. Now the baking chamber 3 can be further heated if necessary with the normal heating.
  • these air conveying means are formed by the fan 6 and a shutter mechanism 20, 21.
  • the shutter mechanism 20, 21 either the blow-off 8 can be opened, through which the air from the fan chamber 5 flows directly back into the oven 3, or auxiliary openings 23 in the rear wall of the fan chamber 5, through which the air from the fan 6 to the latent heat storage 12 and can be funded from there via a return channel 24 back into the oven 3.
  • the promoted by the fan 6 air can be optionally performed by the latent heat storage 12.
  • the locking mechanism comprises e.g. a first perforated plate 20 and a second perforated plate 21, which are arranged at the front and rear walls of the fan chamber 5.
  • the perforated plates 20, 21 can be displaced via a suitable drive (not shown) so that they alternatively close the blow-off openings 8 or the auxiliary openings 23.
  • the closing mechanism is inserted in the Fig. 4 shown position in which the blow-off 8 closed, but the auxiliary openings 23 are open.
  • the fan 6 promotes air from the oven 3 through the suction openings 7 and the auxiliary openings 23 through ventilation ducts 25 of the latent heat accumulator 12, from where the air is passed through the return channel 24 back into the oven. This heat from the muffle area in the latent heat storage 12 so that it can be brought into the first phase state.
  • the fan 6 can be turned off.
  • the closing mechanism initially remains in the in Fig. 4 shown position.
  • the initiator 13 is activated and triggers the transition of the latent heat accumulator 12 from the first to the second phase state. This latent heat is released.
  • the fan 6 is in operation, so that the liberated latent heat can be dissipated and introduced via the return channel 24 into the oven 3.
  • the closing mechanism is returned to the in Fig. 3 shown position. Now the baking chamber 3 can be further heated if necessary with the normal heating.
  • the air in the in Fig. 4 It is conceivable, however, also to arrange the auxiliary openings 23 in the radially inner region of the fan wheel 6 and to make the suction openings 7 of the closure mechanism 20, 21 lockable, so that the air from the fan 6 can be sucked through the heat exchanger and then blown directly into the oven 3.
  • the heat coupling means comprises a heat pump.
  • a heat pump This may be, for example, a Peltier element, a diffusion heat pump or, as in Fig. 5 shown to act a conventional heat pump with compressor, evaporator and condenser.
  • the heat pump comprises a compressor 30, which can be operated in two conveying directions. It is arranged in a circuit with a first heat exchanger 31, an expansion valve 32 and a second heat exchanger 33. There is a heat pump medium in the circuit.
  • the first heat exchanger 31 is thermally connected to the muffle 2, in the present embodiment, by being arranged on the rear wall of the fan chamber 5.
  • the second heat exchanger 33 is thermally connected to the latent heat storage 12.
  • the compressor 30 If the compressor 30 is operated so that the heat pump medium is first conveyed into the first heat exchanger 31, then through the expansion valve 32 and finally through the second heat exchanger 33, the first heat exchanger 31 operates as a condenser and the second heat exchanger 33 as an evaporator and it can Heat from the latent heat storage 12 are promoted to the muffle area.
  • the compressor 30 If the compressor 30, however, operated so that the heat pump medium is first in the second heat exchanger 33, then conveyed through the expansion valve 32 and finally through the first heat exchanger 31, the second heat exchanger 33 operates as a condenser and the first heat exchanger 31 as an evaporator and it Heat from the muffle area to the latent heat storage 12 can be promoted.
  • the compressor 30 is off during the high temperature phase of a baking process.
  • the latent heat accumulator 12 is thus thermally insulated from the muffle area.
  • the compressor 30 may also be operated during the high-temperature phase so that it promotes heat from the latent heat storage 12 to the muffle 2, whereby the latent heat storage 12 is cooled and the muffle 2 is heated, whereby the effect the electric Muffelbetropicung supported at least and the outer space of the muffle can be cooled.
  • the compressor 30 is operated so that it first conveys the heat pump medium in the second heat exchanger 33, whereby heat from the muffle region to the latent heat storage 12 is promoted, so that the latent heat storage 12 can be brought into the first phase state.
  • the fan 6 is in operation to bring the heat from the oven 3 to the first heat exchanger 31. Thanks to the temperature lift generated by the heat pump, the latent heat accumulator 12 can be brought into the first (higher) phase state even when the muffle temperature is below the phase transition temperature Tc.
  • the compressor 30 can be turned off.
  • the compressor 30 is operated so that heat is supplied from the latent heat storage 12 to the muffle area.
  • the initiator 13 is activated and triggers the transition of the latent heat accumulator 12 from the first to the second phase state. (Alternatively, as already mentioned, the transition may also be initiated when the second heat exchanger 33 is cooled by the heat pump to a sufficiently low temperature.)
  • latent heat is released.
  • the fan 6 is in operation, so that the heat emitted from the first heat exchanger 31 heat can be dissipated in the oven 3.
  • the compressor 30 can be switched off. Now the baking chamber 3 can be further heated if necessary with the normal heating.
  • the heat pump can also be used be used to further warm the baking chamber.

Landscapes

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Abstract

Ein Backoffen ist mit einem Latentwärmespeicher (12) ausgestattet, der nach Ende des Backvorgangs mit der Restwärme des Muffelbereichs erwärmt und in einen ersten (höheren) Phasenzustand gebracht wird. Danach wird der Latentwärmespeicher (12) auf Raumtemperatur unterkühlt. Zu Beginn des nächsten Backvorgangs wird ein Initiator (13) betätigt, der den Übergang des Latentwärmespeichers (12) in einen zweiten (tieferen) Phasenzustand einleitet. Die dabei abgegebene latente Wärme wird dem Backraum zugeführt. Dadurch kann die Effizienz des Geräts verbessert werden.

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen Backofen, insbesondere einen Haushalt-Backofen, gemäss Oberbegriff von Anspruch 1.
    • Hintergrund
  • Der Energieverbrauch von Backöfen ist verhältnismässig gross. Es wurden deshalb verschiedene Massnahmen vorgeschlagen, um deren Energieverbrauch zu senken, so z.B. mittels besserer Isolation oder innerhalb der Muffel angeordneter Heizschlangen.
    • Darstellung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist eine weitere Reduktion des Energieverbrauchs eines Backofens.
  • Diese Aufgabe wird vom Backofen gemäss Anspruch 1 gelöst.
  • Eine Analyse zeigt, dass bei einem Backvorgang ein beträchtlicher Teil der Energie verwendet wird, um das Gerät selbst zu erwärmen, insbesondere im Bereich der Muffel. Diese Energie kann in konventionellen Geräten nicht sinnvoll genutzt werden und geht nach dem Backvorgang als Abwärme verloren.
  • Das erfindungsgemässe Gerät ist deshalb mit einem unterkühlbaren Latentwärmespeicher ausgestattet, d.h. einem Latentwärmespeicher, welcher zwei Phasenzustände besitzt, z.B. fest und flüssig, wobei der dem höheren Temperaturbereich zugehörige erste Phasenzustand deutlich unter die Phasenübergangstemperatur unterkühlt werden kann, vorzugsweise bis unter Zimmertemperatur (d.h. bis unter 20°C), so dass er auch bei Zimmertemperatur die Latentwärme zu speichern vermag.
  • Weiter umfasst das Gerät Wärmekopplungsmittel, um die Muffel selektiv mit dem Latentwärmespeicher thermisch zu koppeln und so den Latentwärmespeicher mittels Wärme von der Muffel vom zweiten (tieferen) in den ersten (höheren) Phasenzustand zu bringen. Der Begriff "selektiv" ist dabei so zu verstehen, dass die Wärmekopplungsmittel aktiviert und deaktiviert werden können, wobei sie im aktivierten Zustand eine höhere thermische Kopplung zwischen Muffel und Latentwärmespeicher bewirken als im deaktivierten Zustand.
  • Schliesslich besitzt das Gerät auch noch einen Initiator, um den Phasenübergang des Latentwärmespeichers vom ersten Phasenzustand zurück in den zweiten Phasenzustand auszulösen, wenn der Latentwärmespeicher unterkühlt ist. Dadurch ist es möglich, die latente Wärme zu einem gewünschten Zeitpunkt gezielt freizusetzen.
  • Im erfindungsgemässen Gerät ist es somit möglich, einen Teil der Wärme aus dem Muffelbereich in den Latentwärmespeicher zu befördern, indem die Wärmekopplungsmittel nach Ende eines Backvorgangs aktiviert werden, wenn der Muffelbereich noch warm ist, aber die Hitze dort nicht mehr benötigt wird. So wird der Muffelbereich abgekühlt und gleichzeitig die Energie als latente Wärme gespeichert. Zu Beginn des nächsten Backvorgangs kann sodann der Initiator aktiviert werden, um die latente Wärme freizusetzen. Diese wird von den Wärmekopplungsmitteln mindestens teilweise wieder in den Muffelbereich transferiert, um diesen zu erwärmen. Nach Abschluss dieses Energietransfers werden die Wärmekopplungsmittel deaktiviert und die Muffel wird von einer konventionellen Heizung weiter erhitzt.
  • In einer ersten, einfachen Variante können die Wärmekopplungsmittel einen Antrieb bewegbaren Teil aufweisen, der eine erste und eine zweite Position besitzt. In der ersten Position koppelt er die Muffel thermisch besser mit dem Latentwärmespeicher als in der zweiten Position. Vorzugsweise ist in diesem Fall der Latentwärmespeicher mit dem bewegbaren Teil verbunden und wird mit diesem zusammen bewegt. Zum Beispiel bildet der bewegbare Teil eine Wand für den Latentwärmespeicher, welche in der ersten Position an der Muffel anliegt und in der zweiten Position von ihr beabstandet ist.
  • In einer anderen Variante, welche auch mit der ersten Variante kombiniert werden kann, umfassen die Wärmekopplungsmittel Luftfördermittel, beispielsweise einen Ventilator oder ein Gebläse, mit welchen selektiv (d.h. ein- und ausschaltbar) Luft zwischen Muffel und Latentwärmespeicher gefördert werden kann.
  • In einer dritten Variante, welche sich durch besonders hohe Effizienz auszeichnet, können die Wärmekopplungsmittel von einer Wärmepumpe gebildet werden. Dies hat den Vorteil, dass ein grösserer Teil der Wärmeenergie vom Muffelbereich zum Latentwärmespeicher und vom Latentwärmespeicher zum Muffelbereich gefördert werden kann. Vorzugsweise kann die Wärmepumpe in zwei Richtungen betrieben werden, so dass wahlweise Wärme von der Muffel zum Latentwärmespeicher oder vom Latentwärmespeicher zur Muffel gefördert werden kann.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
    • Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine erste Ausführung eines Backofens,
    • Fig. 2 den Backofen nach Fig. 1, wenn sich der Latentwärmespeicher in thermischem Kontakt mit der Muffel befindet,
    • Fig. 3 einen vertikalen Schnitt durch eine zweite Ausführung eines Backofens,
    • Fig. 4 den Backofen nach Fig. 3, wenn Luft von der Muffel in den Latentwärmespeicher und wieder zurück gefördert wird, und
    • Fig. 5 einen vertikalen Schnitt durch eine dritte Ausführung eines Backofens mit Wärmepumpe.
    Wege zur Ausführung der Erfindung
  • Erste Ausführung:
    • Fig. 1 und 2 zeigen einen Backofen mit einem Gehäuse 1, in welchem eine Muffel 2 angeordnet ist, die einen Backraum 3 umschliesst. Das vordere Ende des Backraums ist von einer Türe 4 verschlossen. In der vorliegenden Ausführung ist der Backofen ein Umluft-Backofen, bei dem am hinteren Ende der Muffel 2 ein Lüfterraum 5 mit einem Umluft-Lüfterrad 6 angeordnet ist, mit welchem Luft durch erste, radial innen liegende Ansaugöffnungen 7 vom Backraum 3 angesogen und durch zweite, radial aussen liegende Abblasöffnungen 8 wieder zurück in den Backraum 3 gefördert werden kann. Im Lüfterraum 5 ist in bekannter Weise eine elektrische Heizung (nicht gezeigt) angeordnet, um die angesaugte Luft zu erwärmen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Muffel 2 mit einer Ober-und/oder Unterhitze ausgestattet werden.
  • Ausserhalb des Lüfterraums 5 befindet sich ein Antrieb 10, der über eine Welle 11 mit dem Lüfterrad 6 gekoppelt ist und dieses antreibt.
  • Weiter umfasst der Backofen, wie eingangs erläutert, einen Latentwärmespeicher 12. Der Latentwärmespeicher 12 basiert auf einem "Phasenumwaldungsmaterial" (Phase Change Material, PCM), welches einen Phasenübergang bei einer Phasenübergangstemperatur Tc durchläuft, welche vorzugweise über 50°C und unter 200°C liegt, so dass es mit der Restwärme typischer Backofentemperaturen geschmolzen werden kann. Weiter sollte das Material bis mindestens auf Raumtemperatur unterkühlt werden können, damit die latente Wärme bis zur nächsten Nutzung gespeichert werden kann. Schliesslich muss die Kristallisation des unterkühlten Materials bzw. der Übergang vom ersten (höheren) Phasenzustand zum zweiten (tieferen) Phasenzustand gezielt ausgelöst werden können, damit die latente Wärme zum richtigen Zeitpunkt zurück in den Muffelbereich gefördert werden kann. Zu diesem Zweck ist ein Initiator 13 vorgesehen.
  • Es sind verschiedene Materialien bekannt, welche geeignete Eigenschaften als Phasenübergangsmaterial besitzen. Beispielsweise kann Natriumacetat-Trihydrat (Schmelzpunkt 58 °C), im US Patent 5728316 genannte Mischung von Magnesiumnitrat-Hexahydrat Mg(NO3)2 · 6 H2O mit Lithiumnitrat LiNO3 (Schmelzpunkt 75.6 °C) und ähnliche Mischungen bekannt aus EP 1 087 003 oder Kalium-Aluminium-Dodecyhydrat (Schmelzpunkt 92 °C) eingesetzt werden, sowie die weiteren in EP 689 024 und EP 1 186 838 genannten Materialien. Die meisten Materialien dieser Art nutzen einen fest-flüssig Phasenübergang. Die Art des Phasenübergangs spielt jedoch im vorliegenden Zusammenhang unter untergeordnete Rolle. Entscheidend ist, dass der Latentwärmespeicher bei thermischer Ankopplung an die Muffel durch Aufheizen in den ersten Phasenzustand gebracht und danach unterkühlt werden kann.
  • Um das unterkühlte Material gezielt zurück in seinen zweiten Phasenzustand zu bringen, sind dem Fachmann verschiedene Typen von Initiatoren 13 bekannt. So kann ein mechanische Initiator eingesetzt werden, der beispielsweise in der Art eines "Knackfrosches" ausgebildet ist, d.h. als Metallplatte, welche ihre Konfiguration bei Kraftanlegung sprungweise ändert. Bei Verwendung eines mechanischen Initiators wird der Initiator mit einem elektromagnetischen Aktuator verbunden, der den Initiator betätigen kann.
  • Bekannt sind auch Initiatoren durch Ultraschall, Druck, chemische Initiatoren als Keimbildner sowie elektrische Initiatoren, mit denen die Kristallisation direkt durch Anlegung einer Spannung initiiert wird, vgl. z.B. EP 689 024 und EP 1 186 838 .
  • Wird, wie unten beschrieben, der Latentwärmespeicher 12 mit einer Wärmepumpe kombiniert, kann auch die Wärmepumpe selbst als Initiator verwendet werden, indem der mit dem Latentwärmespeicher 12 verbundene Wärmetauscher der Wärmepumpe auf eine so tiefe Temperatur abgekühlt wird, dass der Übergang vom ersten zum zweiten Phasenzustand spontan erfolgt.
  • In der Ausführung nach Fig. 1 und 2 ist der Latentwärmespeicher beweglich angeordnet und kann von einem Antrieb 15 bewegt werden. Der Antrieb kann beispielsweise von einem Wachsschalter oder einem Bimetall-Antrieb gebildet werden, oder auch von einem von der Steuerung des Geräts gesteuerten Elektromagneten. In seiner ersten Position, welche in Fig. 1 dargestellt ist, befindet sich der Latentwärmespeicher 12 in einem Abstand von der Muffel bzw. von der Rückwand des Lüfterraums 5 und besitzt somit eine deutlich tiefere Temperatur als jene, die im Backraum 3 herrscht. Vorzugsweise wird der Bereich 16, in welchem sich der Latentwärmespeicher 12 befindet, von einem (nicht dargestellten) Lüfter belüftet, um die Temperatur des Latentwärmespeichers 12 unter der Phasenübergangstemperatur Tc zu halten.
  • Nach Ende des Backvorgangs, wenn die Muffel 2 noch heiss ist, wird der Latentwärmespeicher 12 vom Antrieb 15 gegen die Muffel und vorzugsweise gegen das Lüfterrad 6 hin bewegt, bis er an der Wand der Muffel 2 bzw. des Lüfterraums 5 anliegt.
  • In dieser Ausführung werden die eingangs genannten Wärmekopplungsmittel also von der Wand 18 gebildet, die den Latentwärmespeicher 12 gegen vorne abschliesst, sowie vom Antrieb 15.
  • Der Betrieb des Geräts nach Fig. 1 und 2 ist wie folgt: Nach Abschluss eines Backvorgangs wird, falls die Muffeltemperatur über den Phasenübergangstemperatur Tc liegt, der Latentwärmespeicher 12 von seiner in Fig. 1 gezeigten, zweiten Position in die in Fig. 2 gezeigte, erste Position gebracht. Das Lüfterrad 6 bleibt im Betrieb oder wird im Betrieb gesetzt, um einen guten Wärmeaustausch zwischen Backraum 3 und Lüfterraum 5 zu erreichen. Da sich der Latentwärmespeicher 12 nun in direktem thermischen Kontakt mit der heissen Rückwand des Lüfterraums befindet, wird er erwärmt und geht in den ersten, höheren Phasenzustand über.
  • Nach gewisser Zeit, oder wenn die Temperatur im Backraum eine Schwelle unterschreitet, oder nachdem die Temperatur im Latentwärmespeicher 12 wieder unter die Phasenübergangstemperatur Tc abfällt, kann das Lüfterrad 6 abgeschaltet werden. Das Gerät kann sich nun weiter abkühlen.
  • Beim nächsten Backvorgang bleibt der Latentwärmespeicher 12 zunächst in der in Fig. 2 gezeigten ersten Position. Der Initiator 13 wird aktiviert und löst den Übergang des Latentwärmespeichers 12 vom ersten in den zweiten Phasenzustand aus. Dabei wird Latentwärme frei. Gleichzeitig ist das Lüfterrad 6 in Betrieb, so dass die frei werdende latente Wärme abgeführt und in den Backraum 3 eingebracht werden kann. Sobald der Phasenübergang im Latentwärmespeicher 12 abgeschlossen ist und die Wärme in ausreichendem Mass in den Backraum 3 transferiert wurde, wird der Latentwärmespeicher 12 mit dem Antrieb 15 wieder zurück in die in Fig. 1 gezeigte zweite Position gebracht. Nun kann der Backraum 3 nötigenfalls mit der normalen Heizung weiter erwärmt werden.
  • Zweite Ausführung:
    • Die Ausführung nach Fig. 3 und 4 basiert darauf, dass die Wärmekopplungsmittel Luftfördermittel umfassen, die Luft selektiv zwischen Muffel 2 und Latentwärmespeicher 12 fördern.
  • In der gezeigten Ausführung werden diese Luftfördermittel vom Lüfterrad 6 und einem Verschlussmechanismus 20, 21 gebildet. Mit dem Verschlussmechanismus 20, 21 können wahlweise die Abblasöffnungen 8 geöffnet werden, durch welche die Luft vom Lüfterraum 5 direkt zurück in den Backraum 3 fliesst, oder Hilfsöffnungen 23 in der Rückwand des Lüfterraums 5, durch welche die Luft vom Lüfterrad 6 zum Latentwärmespeicher 12 und von dort über einen Rückführkanal 24 wieder zurück in den Backraum 3 gefördert werden kann. Somit kann die vom Lüfterrad 6 geförderte Luft wahlweise durch den Latentwärmespeicher 12 geführt werden.
  • Der Verschlussmechanismus umfasst z.B. eine erste Lochplatte 20 und eine zweite Lochplatte 21, welche bei der Vorder- bzw. Rückwand des Lüfterraums 5 angeordnet sind. Die Lochplatten 20, 21 können über einen geeigneten Antrieb (nicht gezeigt) so verschoben werden, dass sie alternativ die Abblasöffnungen 8 oder die Hilfsöffnungen 23 verschliessen.
  • Beim Gerät nach Fig. 3 und 4 befindet sich der Verschlussmechanismus während der Hochtemperaturphase eines Backvorgangs in der in Fig. 3 gezeigten Stellung, in welcher die Abblasöffnungen 8 geöffnet, aber die Hilfsöffnungen 23 geschlossen sind, so dass keine Luft durch den Latentwärmespeicher 12 gefördert wird. Die Temperatur im Latentwärmespeicher 12 bleibt somit tief.
  • Nach Ende des Backvorgangs wird der Verschlussmechanismus in die in Fig. 4 gezeigte Stellung gebracht, in welcher die Abblasöffnungen 8 geschlossen, aber die Hilfsöffnungen 23 offen sind. Das Lüfterrad 6 fördert Luft vom Backraum 3 durch die Ansaugöffnungen 7 und die Hilfsöffnungen 23 durch Lüftungskanäle 25 des Latentwärmespeichers 12, von wo die Luft durch den Rückführkanal 24 wieder zurück in den Backraum geführt wird. Dadurch wird Wärme vom Muffelbereich in den Latentwärmespeicher 12 gefördert, so dass dieser in den ersten Phasenzustand gebracht werden kann.
  • Sobald der ganze Latentwärmespeicher 12 im ersten Phasenzustand ist, oder nach Ablauf einer gewissen Zeit, oder wenn die Temperatur im Backraum unter die Phasenübergangstemperatur Tc sinkt, kann das Lüfterrad 6 abgeschaltet werden.
  • Bei nächsten Backvorgang bleibt der Verschlussmechanismus zunächst in der in Fig. 4 gezeigten Stellung. Der Initiator 13 wird aktiviert und löst den Übergang des Latentwärmespeichers 12 vom ersten in den zweiten Phasenzustand aus. Dabei wird Latentwärme frei. Gleichzeitig ist das Lüfterrad 6 in Betrieb, so dass die frei werdende latente Wärme abgeführt und über den Rückführkanal 24 in den Backraum 3 eingebracht werden kann. Sobald der Phasenübergang im Latentwärmespeicher 12 abgeschlossen ist und die Wärme in ausreichendem Mass in den Backraum 3 transferiert wurde, wird der Verschlussmechanismus wieder zurück in die in Fig. 3 gezeigte Position gebracht. Nun kann der Backraum 3 nötigenfalls mit der normalen Heizung weiter erwärmt werden.
  • In der in Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführung wird die Luft in der in Fig. 4 dargestellten Betriebsart vom Lüfterrad durch den Latentwärmespeicher 12 geblasen und gelangt von dort zurück in den Backraum 3. Denkbar ist es jedoch auch, die Hilfsöffnungen 23 im radial inneren Bereich des Lüfterrads 6 anzuordnen und die Ansaugöffnungen 7 vom Verschlussmechanismus 20, 21 verschliessbar zu gestalten, so dass die Luft vom Lüfterrad 6 durch den Wärmetauscher angesogen und sodann direkt in den Backraum 3 ausgeblasen werden kann.
    • Dritte Ausführung
  • In der dritten Ausführung umfassen die Wärmekopplungsmittel eine Wärmepumpe. Dabei kann es sich z.B. um ein Peltier-Element, eine Diffusions-Wärmepumpe oder, wie in Fig. 5 gezeigt, um eine konventionelle Wärmepumpe mit Kompressor, Verdampfer und Kondensator handeln.
  • In der Ausführung nach Fig. 5 umfasst die Wärmepumpe einen Kompressor 30, welcher in zwei Förderrichtungen betrieben werden kann. Er ist in einem Kreislauf mit einem ersten Wärmetauscher 31, einem Expansionsventil 32 und einem zweiten Wärmetauscher 33 angeordnet. Im Kreislauf befindet sich ein Wärmepumpenmedium. Der erste Wärmetauscher 31 ist mit der Muffel 2 thermisch verbunden, im vorliegenden Ausführungsbeispiel, indem er an der Rückwand des Lüfterraums 5 angeordnet ist. Der zweite Wärmetauscher 33 ist mit dem Latentwärmespeicher 12 thermisch verbunden.
  • Wird der Kompressor 30 so betrieben, das das Wärmepumpenmedium zunächst in den ersten Wärmetauscher 31, dann durch das Expansionsventil 32 und schliesslich durch den zweiten Wärmetauscher 33 gefördert wird, so arbeitet der erste Wärmetauscher 31 als Kondensator und der zweite Wärmetauscher 33 als Verdampfer und es kann Wärme vom Latentwärmespeicher 12 zum Muffelbereich gefördert werden.
  • Wird der Kompressor 30 hingegen so betrieben, das das Wärmepumpenmedium zunächst in den zweiten Wärmetauscher 33, dann durch das Expansionsventil 32 und schliesslich durch den ersten Wärmetauscher 31 gefördert wird, so arbeitet der zweite Wärmetauscher 33 als Kondensator und der erste Wärmetauscher 31 als Verdampfer und es kann Wärme von vom Muffelbereich zum Latentwärmespeicher 12 gefördert werden.
  • Beim Gerät nach Fig. 5 ist der Kompressor 30 während der Hochtemperaturphase eines Backvorgangs ausgeschaltet. Der Latentwärmespeicher 12 ist somit thermisch vom Muffelbereich isoliert. Alternativ kann jedoch der Kompressor 30 während der Hochtemperaturphase auch so betrieben werden, dass er Wärme vom Latentwärmespeicher 12 zur Muffel 2 fördert, wodurch der Latentwärmespeicher 12 gekühlt und die Muffel 2 geheizt wird, wodurch die Wirkung der elektrischen Muffelbeheizung zumindest unterstützt und der Aussenraum der Muffel gekühlt werden kann.
  • Nach Ende des Backvorgangs wird der Kompressor 30 so betrieben, dass er das Wärmepumpenmedium zuerst in den zweiten Wärmetauscher 33 fördert, wodurch Wärme vom Muffelbereich zum Latentwärmespeicher 12 gefördert wird, damit Latentwärmespeicher 12 in den ersten Phasenzustand gebracht werden kann. Gleichzeitig ist das Lüfterrad 6 im Betrieb, um die Wärme aus dem Backraum 3 zum ersten Wärmetauscher 31 zu bringen. Dank dem Temperaturhub, der durch die Wärmepumpe erzeugt wird, kann der Latentwärmespeicher 12 sogar dann in den ersten (höheren) Phasenzustand gebracht werden, wenn die Muffeltemperatur unter der Phasenübergangstemperatur Tc liegt.
  • Sobald der ganze Latentwärmespeicher 12 im ersten Phasenzustand ist, oder nach Ablauf einer gewissen Zeit, oder wenn die Temperatur im Backraum unter eine gewisse Schwelle sinkt, kann der Kompressor 30 abgeschaltet werden.
  • Zu Beginn des nächsten Backvorgangs wird der Kompressor 30 so betrieben, dass Wärme vom Latentwärmespeicher 12 zum Muffelbereich gefördert wird. Der Initiator 13 wird aktiviert und löst den Übergang des Latentwärmespeichers 12 vom ersten in den zweiten Phasenzustand aus. (Alternativ kann, wie bereits erwähnt werden, der Übergang auch initiiert werden, wenn der zweite Wärmetauscher 33 von der Wärmepumpe auf eine ausreichend tiefe Temperatur abgekühlt wird.) Beim Phasenübergang wird Latentwärme frei. Gleichzeitig ist das Lüfterrad 6 in Betrieb, so dass die vom ersten Wärmetauscher 31 abgegebene Wärme in den Backraum 3 abgeführt werden kann. Sobald der Phasenübergang im Latentwärmespeicher 12 abgeschlossen ist und die Wärme in ausreichendem Mass in den Backraum 3 transferiert wurde, kann der Kompressor 30 abgeschaltet werden. Nun kann der Backraum 3 nötigenfalls mit der normalen Heizung weiter erwärmt werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann, wie bereits erwähnt, auch die Wärmepumpe zum weiteren Aufwärmen des Backraums eingesetzt werden.
  • Bemerkungen:
    • In den obigen Ausführungen wurde der Latentwärmespeicher 12 nach Ende eines Backvorgangs vom zweiten in den ersten Phasenzustand gebracht. Denkbar ist es, dem Latentwärmespeicher auch während einem Backvorgang Wärme zuzuführen, nämlich wenn während dem Backvorgang die Temperatur im Backraum 3 reduziert werden soll.
    • Die obigen Vorgänge werden von einer Steuerung des Backofens gesteuert. Insbesondere ist, wie beschrieben, der Backofen dazu ausgestaltet, Wärme aus dem Bereich der Muffel 2 nach Ende eines Backvorgangs dazu zu verwenden, den Latentwärmespeicher 12 in den ersten Phasezustand zu bringen, und bei Beginn eines späteren Backvorgangs den Initiator 13 zu betätigen und freiwerdende latente Wärme zurück in den Bereich der Muffel 2 zu fördern.

Claims (13)

  1. Backofen, insbesondere Haushalt-Backofen, mit einer Muffel (2), welche einem Backraum (3) umschliesst, und mit einer Heizung, gekennzeichnet durch
    einen unterkühlbaren Latentwärmespeicher (12),
    Wärmekopplungsmittel (15, 18; 6, 23; 30 - 33), um die Muffel (2) selektiv mit dem Latentwärmespeicher (12) zu koppeln und den Latentwärmespeicher (12) mittels Wärme von der Muffel (2) in einen ersten Phasezustand zu bringen und um Wärme aus dem Latentwärmespeicher (12) bei dessen Übergang in einen zweiten Phasenzustand zurück zur Muffel (2) zu bringen, und
    einem Initiator (13), um den Phasenübergang des Latentwärmespeichers (12) vom ersten Phasenzustand in den zweiten Phasenzustand auszulösen.
  2. Backofen nach Anspruch 1, wobei die Wärmekopplungsmittel (15, 18; 6, 23; 30 - 33) einen von einem Antrieb bewegbaren Teil (18) aufweisen, der in eine erste und in eine zweite Position bringbar ist und der in der ersten Position die Muffel (2) thermisch mit dem Latentwärmespeicher (12) besser koppelt als in der zweiten Position.
  3. Backofen nach Anspruch 2, wobei der Latentwärmespeicher (12) fest mit dem bewegbaren Teil (18) verbunden und zusammen mit diesem bewegbar ist.
  4. Backofen nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der Backofen ein Umluft-Lüfterrad (6) aufweist, wobei der bewegbare Teil (18) in der ersten Position näher am Umluft-Lüfterrad (6) ist als in der zweiten Position, und wobei das Gerät dazu ausgestaltet ist, das Umluft-Lüfterrad (6) zu betreiben, wenn Wärme zwischen der Muffel (2) und dem Latentwärmespeicher (12) auszutauschen ist.
  5. Backofen nach Anspruch 4, wobei das Umluft-Lüfterrad (6) in einem Lüfterraum (5) angeordnet ist und der bewegbare Teil in der ersten Position am Lüfterraum (5) anliegt.
  6. Backofen nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Wärmekopplungsmittel (15, 18; 6, 23; 30 - 33) Luftfördermittel umfassen, mit welchen selektiv Luft zwischen der Muffel (2) und dem Latentwärmespeicher (12) förderbar ist.
  7. Backofen nach Anspruch 6, wobei die Luftfördermittel von einem Umluft-Lüfterrad (6) des Backofens gebildet werden.
  8. Backofen nach Anspruch 7, wobei das Umluft-Lüfterrad (6) in einem Lüfterraum (5) angeordnet ist, welcher über Ansaugöffnungen (7) und Abblasöffnungen (8) mit dem Backraum (3) und über Hilfsöffnungen (23) mit dem Latentwärmespeicher (12) verbunden ist, wobei ein Verschlussmechanismus (20, 21) vorgesehen ist, mit welchem die Ansaugöffnungen (7) und/oder Abblasöffnungen (8) sowie die Hilfsöffnungen (23) derart öffen- und schliessbar sind, dass die vom Umluft-Lüfterrad (6) geförderte Luft wahlweise durch den Latentwärmespeicher (12) führbar ist oder nicht.
  9. Backofen nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Wärmekopplungsmittel (15, 18; 6, 23; 30 - 33) eine Wärmepumpe (30 - 33) umfassen.
  10. Backofen nach Anspruch 9, wobei mit der Wärmepumpe (30 - 33) wahlweise Wärme von der Muffel (2) zum Latentwärmespeicher (12) oder vom Latentwärmespeicher (12) zur Muffel (2) förderbar ist.
  11. Backofen nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Latentwärmespeicher (12) bis unter Zimmertemperatur unterkühlbar ist.
  12. Backofen nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Latentwärmespeicher (12) eine Phasenübergangstemperatur besitzt, welche zwischen 50°C und 200°C liegt.
  13. Backofen nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Backofen dazu ausgestaltet ist, Wärme aus der Muffel (2) nach Ende eines Backvorgangs dazu zu verwenden, den Latentwärmespeicher (12) in den ersten Phasezustand zu bringen, und bei Beginn eines späteren Backvorgangs den Initiator (13) zu betätigen und freiwerdende latente Wärme zurück in die Muffel (2) zu fördern.
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