WO2023011842A1 - Behandeln von gargut mit dampf - Google Patents

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WO2023011842A1
WO2023011842A1 PCT/EP2022/068894 EP2022068894W WO2023011842A1 WO 2023011842 A1 WO2023011842 A1 WO 2023011842A1 EP 2022068894 W EP2022068894 W EP 2022068894W WO 2023011842 A1 WO2023011842 A1 WO 2023011842A1
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WO
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cooking chamber
steam
cooking
controller
target value
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/068894
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English (en)
French (fr)
Inventor
Kerstin Feldmann
Dieter Lego
Original Assignee
BSH Hausgeräte GmbH
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.)
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Publication date
Application filed by BSH Hausgeräte GmbH filed Critical BSH Hausgeräte GmbH
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Publication of WO2023011842A1 publication Critical patent/WO2023011842A1/de

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    • 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
    • F24C7/00—Stoves or ranges heated by electric energy
    • F24C7/08—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24C7/082—Arrangement or mounting of control or safety devices on ranges, e.g. control panels, illumination
    • F24C7/085—Arrangement or mounting of control or safety devices on ranges, e.g. control panels, illumination on baking ovens
    • 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
    • F24C15/003—Details moisturising of air

Definitions

  • the invention relates to a steam cooking appliance, having a pressureless cooking chamber, at least one cooking chamber heat radiator for heating the cooking chamber, a cooking chamber temperature sensor for sensing a cooking chamber temperature, a steam generator with at least one heating element for heating water to steam, with which the cooking chamber can be charged, at least one first controller for controlling the at least one cooking space radiant heater, and at least one second controller for controlling the at least one heating element of the steam generator.
  • the invention also relates to a method for operating such a steam cooking appliance.
  • the invention can be applied particularly advantageously to treating items to be cooked with superheated steam.
  • EP 1 855 058 A1 discloses a method for cooking food in a cooking chamber with steam, steam from a steam generator being supplied to the cooking chamber, a measuring opening being arranged on the cooking chamber, at the outer mouth of which a temperature Ts is measured, and with the cooking chamber furthermore, a closable opening is arranged, with the closable opening being at least partially opened during cooking with steam when an increase in the temperature Ts above a threshold To is detected.
  • An essentially pure steam atmosphere can be generated in the cooking chamber, in particular with a concentration of pure oxygen below 2 percent by volume.
  • EP 2 789 918 A1 discloses a method for cooking an item to be cooked in a cooking appliance with a cooking chamber during a cooking period, in which the temperature of the item to be cooked is measured and a cooking chamber temperature in the cooking chamber outside the item to be cooked is controlled at least during one cooking item temperature control phase of the cooking period in such a way that the temperature of the food to be cooked follows a time-dependent desired temperature curve for the food to be cooked, the food to be cooked being placed in the cooking chamber and the curve for the temperature of the food to be cooked has at least two ranges with different gradients, with the second range following the first range having a lower gradient than the first range.
  • EP2993416-B1 discloses a cooking device arranged to supply superheated steam while food is being cooked, the cooking device comprising: a Main body having an openable front and in which a cooking space is arranged; a heating chamber installed in the main body to communicate with the cooking cavity; a steam generator arranged to generate steam injected into the heating chamber; a convection heater disposed in the heating chamber, the convection heater being configured to heat the heating chamber and the cooking space, and a steam supply pipe connecting the steam generator and the heating chamber so that the steam discharged from the steam generator is supplied to the heating chamber, thereby characterized in that the steam supply pipe has a steam outlet opening through which superheated steam is discharged, wherein the convection heating device is arranged to heat steam discharged from the steam generator and convert it into superheated steam while the steam is moved along the steam supply pipe, the steam in is injected into the heating chamber in a superheated steam condition and is supplied into the cooking cavity; and wherein the steam discharge port is opened toward an upper portion of the heating
  • a steam cooking appliance having an in particular pressureless cooking chamber, at least one cooking chamber heat radiator for heating the cooking chamber, a cooking chamber temperature sensor for sensing a cooking chamber temperature, a steam generator with at least one heating element for heating water to steam with which the cooking chamber can be acted upon, at least one first controller for controlling the at least one cooking chamber radiant heater, and at least one second controller for controlling the at least one heating element of the steam generator, wherein the steam cooking appliance is set up, at least during a control phase, to use the cooking chamber temperature as a controlled variable of the at least one first controller and a first controller target value as its reference variable, as a controlled variable of the at least one second controller, the cooking chamber temperature and to use a second controller target value as its reference variable, the first controller target value being equal to or greater than the second controller target value.
  • This steamer has the advantage that the cooking time can be significantly reduced, especially for long steam applications to achieve a specific cooking result. This results in a time saving of 30% when steaming potatoes, for example. As a result of the time saving, fewer nutrients and water-soluble vitamins are advantageously washed out of the food, and secondary plant compounds are also better preserved.
  • the shorter cooking time can also improve the cooking result, e.g. a better color / less chlorophyll degradation can be achieved with green beans. A better cooking result can be achieved, especially with fatty foods.
  • a combination of steam and conventional types of heating is advantageously selected in such a way that a consistently very high level of moisture or moisture content is maintained in the cooking chamber.
  • the atmospheric air is displaced by the water vapour, with a residual oxygen content (which can serve as an indicator for the humidity in the cooking chamber) being able to be kept at least as low as in full-steam operation without the provision of conventional types of heating.
  • This utilizes the finding that the steam supplied to the cooking chamber has a cooling effect at cooking chamber temperatures above the boiling point of water, but has a heating effect at cooking chamber temperatures below the boiling point.
  • a balance should advantageously be found between the energy input of the steam and the energy input via the conventional heating element, particularly at cooking chamber temperatures above the boiling point of water (approx. 100° C.).
  • This is achieved by a suitable relationship between the reference variable or the target value of the second regulator of the steam generator and the reference variable or the Target value of the first controller of the conventional operating mode.
  • this can be easily implemented with no or only minor structural changes, in particular without the provision or activation of opening valves such as flaps, etc.
  • the steamer is a domestic steamer.
  • the steam cooking appliance is an oven with an additional steam generation function.
  • the steam cooking appliance can therefore be used in other operating modes than a steam cooking operation or process as a conventional oven. It is also possible to use the steam cooking appliance in a pure steam cooking mode without using conventional types of heating.
  • An unpressurized cooking chamber is understood to mean, in particular, a cooking chamber in which no or no noticeable excess pressure is or can be built up.
  • the at least one cooking chamber heat radiator comprises an electrical resistance heating element, in particular a tubular heating element, such as a top heating element, grill heating element, bottom heating element, ring heating element, etc.
  • at least one cooking space heat radiator comprises an IR radiator, e.g. a flat area. The at least one cooking space radiant heater emits thermal radiation into the cooking space.
  • a number of cooking chamber heat radiators can be assigned respective first controllers for their activation or energization.
  • at least two cooking chamber radiant heaters, in particular all cooking chamber radiant heaters can be controlled via the same first controller.
  • the cooking space radiant heaters can be switched on and off individually.
  • the cooking chamber temperature sensor can, for example, be a Ptxxxx (e.g. Pt500 or PtlOOO) thermocouple.
  • Ptxxxx e.g. Pt500 or PtlOOO
  • the fact that steam can be applied to the cooking chamber includes the steam generator generating steam which fills the cooking chamber.
  • the steam generator is a steam generator arranged outside of the cooking chamber. This has at least one heating element for heating water supplied to the steam generator to form steam. The steam is fed into the cooking compartment.
  • the steam generator can have a plurality of heating circuits, each with at least one heating element, which can be controlled or energized individually via the second controller.
  • the steam generator is a steam generator arranged inside the cooking chamber, e.g. a steam generator arranged on an inner wall of the cooking chamber.
  • the steam generator can be in the form of a water-fillable and, in particular, automatically refillable base shell, which can be heated by means of at least one heating element arranged outside the wall of the cooking chamber.
  • the first controller and/or the second controller can be a PID controller.
  • the first controller and/or the second controller can output a controller signal in the form of a PWM signal which, for example, switches a corresponding current relay ("PWM controller").
  • PWM controller a controller signal in the form of a PWM signal which, for example, switches a corresponding current relay
  • the duty cycle or the heat output introduced as a result into the at least one cooking chamber radiant heater or into the at least one heating element of the steam generator can be regarded as the manipulated variable of the respective controller.
  • a change in the heat output introduced into the at least one cooking space radiant heater causes a change in the cooking space temperature
  • a change in the heat output introduced into the at least one heating element causes a change in the steam volume generated (which in turn can indirectly cause a change in the cooking space temperature).
  • the cooking chamber temperature is used as the controlled variable of the at least one first controller, and a first controller target value is used as its reference variable.
  • the same cooking chamber temperature is used as a control variable of the at least one second controller, and a second controller target value is used as its reference variable.
  • the controller target values can be specified in particular by a control device.
  • the target values can be specified by a control device, for example.
  • the regulators can be independent components of the steamer or can be integrated into the control unit.
  • the first controller target value for the at least one cooking space radiant heater
  • the second controller target value for the at least one heating element of the steam cooking appliance
  • the first controller target value is up to 5° C. greater than the second controller target value. This already results in a significant reduction in the water or energy consumption and/or the cooking time with the same or even better cooking result.
  • the first controller target value is greater than the second controller target value, in particular between 1° C. and 4° C. greater. This results in an even more significant increase in the moisture content in the cooking chamber and/or an even more significant increase in the cooking time with the same or even better cooking result.
  • the first controller target value is 3° C. greater than the second controller target value. This already results in a particularly significant reduction in the water or energy consumption and/or the cooking time with the same or even better cooking result.
  • the first controller target value and the second controller target value are dependent on a setpoint value for the cooking chamber temperature. This enables a particularly fine and food-related setting of suitable target values.
  • Ttarget_1 a setpoint cooking chamber temperature
  • Ttarget_2 a setpoint cooking chamber temperature
  • the coefficients a to d can be any values, but they can then be fixed values. This calculation is comparatively easy to implement and allows, for example, simple adaptation to the position and type of cooking chamber temperature sensor used.
  • the calculation of the first controller target value Tziel_1 and the second controller target value Tziel_2 from the target cooking chamber temperature Tgs has the advantage that the cooking chamber temperatures Tg measured by the cooking chamber temperature sensor can be adjusted to the fact that the cooking chamber temperature sensor is often in one place is located in the cooking chamber 2, which does not measure the desired cooking chamber temperature Tgs that ideally prevails in the middle of the cooking chamber, but a cooking chamber temperature that deviates from it.
  • the measured cooking chamber temperature Tg can deviate from the cooking chamber temperature in the middle of the cooking chamber if the cooking chamber temperature sensor is near the ceiling of the cooking chamber and/or near a cooking chamber radiant heater.
  • the target cooking chamber temperature Tgs has been set to 120 °C and the cooking chamber temperature sensor is in a location that shows a systematic deviation of the cooking chamber temperature Tg from the cooking chamber temperature in the middle of the cooking chamber of + 5 °C with otherwise the same response behavior,
  • the steam cooking appliance is set up to heat up the cooking chamber at the beginning of a steam cooking operation or sequence ("heating up phase") in order to then transition to the control phase, in which the controllers are set to the corresponding target or setpoint values Ttarget_1 or Adjust Ttarget_2.
  • the heating-up phases relating to the first controller and the second controller can differ.
  • the heating-up phase relating to the first controller can also transition into an associated control phase earlier or later than the heating-up phase relating to the second controller.
  • the steamer is set up to operate the at least one cooking space radiant heater and/or the at least one heating element of the steamer in an unregulated manner during the heating-up phase(s), which can itself be divided into several partial phases. e.g. with any arbitrary, but then fixed duty cycle, which can also be one.
  • a constant, e.g. constant average, heat output can be introduced into the at least one cooking space radiant heater and/or the at least one heating element of the steam cooking appliance, particularly during the heating-up phase or during the partial phases.
  • the heating-up phase has a number of sub-phases, with the heat output introduced into the at least one cooking space radiant heater and/or the at least one heating element of the steamer being successively reduced during the transition to the following sub-phases.
  • This advantageously reduces the risk and/or level of overshoots in the cooking chamber temperature.
  • This can be implemented, for example, by reducing the power factors assigned to the sub-phases, which define the heating power introduced, from one sub-phase during the transition to the following sub-phase.
  • the reduction can be achieved, for example, by reducing the respective duty cycle and/or by switching off or not using previously switched-on cooking space radiant heaters and/or heating elements or heating circuits.
  • the partial phases relating to the first controller can be longer or shorter than the partial phases relating to the second controller.
  • the heating-up phase for the first controller changes over to the control phase for the first controller or is switched over when the cooking chamber temperature Tg reaches or exceeds a first “heating up” temperature threshold value Tiller_1.
  • the heating-up phase for the second controller transitions or is switched over to the control phase for the second controller when the cooking chamber temperature Tg reaches or exceeds a second “heating-up” temperature threshold value Tiller_2.
  • the heating-up phase for the first controller is divided into two partial phases, with the initial (heating-up) partial phase transitioning to the following (heating-up) partial phase for the first controller or being switched over when the cooking chamber temperature Tg has a first "Switchover" temperature threshold Tsw_1 reached or exceeded.
  • the heating-up phase for the second controller is divided into two partial phases, with the initial (heating-up) partial phase transitioning or being switched over to the following (heating-up) partial phase for the second controller when the cooking chamber temperature Tg enters a first "Switchover" temperature threshold Tsw_2 reached or exceeded.
  • the coefficients e to h, k, m, n and p can be any values, but they can then be fixed values. These coefficients can, for example, have been determined experimentally and/or by simulations.
  • Ttarget_1, Ttarget_2, Tiller_1, Tiller_2, Tsw_1 and Tsw_2 can be calculated using formulas or can be calculated or determined from characteristic curves or tables.
  • a cooking chamber radiant heater in the form of a bottom heating element is activated at least in phases in order to carry out the steam cooking operation. This can advantageously reduce the accumulation of condensation on the cooking chamber floor or even prevent it practically entirely. This is particularly advantageous in the heating-up phase, especially in the first partial phase, if any.
  • the bottom heating element By activating the bottom heating element, the condensate is vaporized again and thus effectively reused for steam treatment. This in turn keeps the residual amount of water low at the end of cooking, and less water from the tank supply of the steam generator is used, thereby extending the possible steam cooking time.
  • the heat output of the bottom heating element is advantageously set in such a way that it has no damaging effect on the food due to radiant heat.
  • at least one additional cooking space radiant heater can advantageously be operated in addition to the bottom heating element, e.g. the ring heating element.
  • a target cooking chamber temperature is above the boiling temperature of water.
  • superheated steam (“superheated steam”) can be generated in the cooking chamber, which enables particularly rapid steam cooking.
  • the formation of condensate in the cooking chamber is kept particularly low.
  • the formation of a condensate dripping from a ceiling of the cooking space onto the food to be cooked can be prevented.
  • the formation of condensate on the oven floor, on the inside of a door and on the side walls of the cooking space is reduced or even prevented. As a result, there may even be no need to dry the oven after steam cooking.
  • the object is also achieved by a method for operating a steam cooking appliance as described above, in which the at least one first controller controls the at least one cooking space radiant heater based on the cooking space temperature as the controlled variable, the first controller target value as the reference variable, and the at least one second controller controls the controls at least one heating element of the steam generator based on the cooking chamber temperature as a controlled variable, the second controller target value as a reference variable.
  • the Ver- drive can be designed analogously to the steamer and has the same advantages.
  • FIG. 1 shows a sketch of a steamer as a sectional side view
  • FIG. 3 shows a more detailed representation of a sequence step of the sequence from FIG.
  • the steam cooking appliance 1 shows a sketch of a steam cooking appliance 1 with a cooking chamber 2 whose loading opening on the front side can be closed by means of a door 3 .
  • the cooking chamber 2 is pressureless, in particular in the sense that no overpressure or no noticeable overpressure builds up in it.
  • the steam cooking appliance 1 can be designed as a baking oven with an additional steam generation function.
  • the steam cooking appliance 1 has a control device 4 which is connected to a temperature sensor 5 in the cooking chamber.
  • the cooking chamber temperature sensor 5 measures a cooking chamber temperature Tg in the cooking chamber 2, which can be used by the control device 4 to control a cooking operation, in particular to adjust the cooking chamber temperature Tg to a cooking chamber temperature setpoint Tgs specified by a user or a cooking program, which is used e.g Center of the cooking chamber 2 is specified.
  • the control device 4 also transmits a first target value Ttarget_1 to a first controller 6, e.g. a PID controller, which is set up to control or energize at least one cooking space radiant heater 7, 8, 9 in such a way that the measured cooking space temperature Tg reaches a first target value Ttarget_1.
  • a first controller 6 e.g. a PID controller, which is set up to control or energize at least one cooking space radiant heater 7, 8, 9 in such a way that the measured cooking space temperature Tg reaches a first target value Ttarget_1.
  • the first controller 6 can control one or more heat radiators 7, 8, 9, or more cooking space heat radiators 7, 8, 9 can be controlled by the respective first controller 6. It is a further development that the cooking chamber radiant heaters 7, 8, 9 can be switched on or off individually.
  • the cooking space radiant heaters 7, 8, 9 include, for example, an upper heating element or an individually switchable upper heating/grill heating element combination 7, a lower heating element 8 and a ring heating element 9, which can be part of a hot-air system 10.
  • the cooking chamber heat radiators 7, 8, 9 can be designed as electrical resistance heaters, for example as tubular heaters.
  • the steam cooking appliance 1 also has a steam generator 11 which has at least one heating element 12 for evaporating water.
  • the resulting steam is directed into cooking compartment 2.
  • the at least one heating element 12 is controlled by a second controller 13, e.g. a PID controller, which is set up to control or energize at least one heating element 12 in such a way that the measured cooking chamber temperature Tg reaches the second target value Ttarget_2, which is Control device 4 can be transferred.
  • controllers 6, 13 are shown here as independent components of the steamer 1, they can also be integrated into the control device 4.
  • the steam cooking appliance 1 can be operated in at least one conventional steam-free heating mode, in which the cooking chamber 2 is heated by at least one of the cooking chamber radiant heaters 7, 8, 9, but the steam generator 11 remains deactivated.
  • the steam cooking appliance 1 can be operated in pure steam operation, in which only the steam generator 11 is activated, while the cooking space radiant heaters 7, 8, 9 remain switched off.
  • the steam cooking appliance 1 can also be operated in mixed operation, in which both the steam generator 11 is activated and at least one of the cooking chamber radiant heaters 7, 8, 9 is operated, in particular at the same time. If the target cooking chamber temperature Tgs is above the boiling temperature of water, the steam in the cooking chamber 2 is heated above its boiling point, which can also be referred to as "superheated steam" operation.
  • step SO shows a possible course of a Superheated SteanT' steam cooking operation of the steam cooking appliance 1 .
  • the method is started in a step SO.
  • a target cooking chamber temperature Tgs of more than 100° C., e.g. from 110° C. to 130° C., provided for the center of the cooking chamber 2 is received, for example by means of a user input or from a cooking program.
  • Steps S0 and S1 can also be carried out in reverse order or simultaneously.
  • the coefficients a to h, k, m, n and p can be any values, but they can then be fixed values. These coefficients can, for example, have been determined experimentally and/or by simulations.
  • step S3 it is checked whether a current cooking chamber temperature Tg measured by the cooking chamber temperature sensor 5 in step S4 (continuously or quasi-continuously) is below the heating temperature threshold value Tauf_1 or not.
  • step S5 it is checked in a sub-step S5a whether the current Cooking chamber temperature Tg is below the switching temperature threshold Tsw_1 or not.
  • step S5b first performance factors A are established or retained, by means of which the controller 6 (further) controls the at least one cooking chamber radiant heater 7 to 9 .
  • the power factors A determine the amount of energy that is fed into the at least one cooking chamber radiant heater 7 to 9 depending on a controller signal from the controller 6 (e.g. a PWM signal).
  • step S5c a switch is made to second power factors B, which are lower than power factors A. The amount of energy fed in using power factors B is then lower than for power factors A. The system then branches back to step S3.
  • the cooking chamber 2 is quickly heated up (e.g. with an energy of up to 1200 W), particularly during a first partial phase of a heating-up phase of the first controller 6, using the first power factor(s) A, and then during a second In the partial phase of the heating-up phase, the amount of energy fed in is reduced before the first controller target value Ttarget_1 is reached (e.g. to 800 W).
  • At least the bottom heating element 8 and the ring heating element 9 are operated until the changeover temperature threshold value Tauf_1 is reached, after which, for example, only the ring heating element 9 is operated.
  • step S6 it is checked whether a current cooking chamber temperature Tg measured by the cooking chamber temperature sensor 5 in step S4 (continuously or quasi-continuously) is below a heating temperature threshold value Tauf_2 or not. If this is the case ("Yes"), in step S7 there is a branch to step S7a (not shown) analogous to step S5a, in which it is checked whether the current cooking chamber temperature Tg is below the switching temperature threshold value Tsw_2 or not.
  • step S7b (not shown) that is analogous to step S5b, in which second power factors A* are defined or maintained, by means of which the second controller 13 controls the at least one heating element 12 (further) drives.
  • the power factors A* determine the amount of energy that is fed into the at least one heating element 12 as a function of a controller signal from the second controller 13 .
  • step S7c (not shown) that is analogous to step S5c.
  • step S7c a switch is made to second power factors B*, which are lower than power factors A*. The amount of energy fed in using the power factors B* is then lower than for the power factors A*.
  • a branch is then made back to step S3.
  • the water in the steam generator 11 is brought to the boil quickly, in particular initially as part of a first partial phase of a heating-up phase of the second regulator 13 using the first power factor(s) A* and then as part of a second partial phase of a heating-up phase of the second regulator 13 reduces the amount of energy fed in and thus the volume of steam generated even before the second controller target value Ttarget_2 is reached.
  • the steam generator 11 has two heating circuits, with both heating circuits being operated until the second changeover temperature threshold value Tauf_1 is reached, and then only one heating circuit.
  • the energy input into at least one of the heating circuits is reduced.
  • step S8 the controller 6 attempts, in a basically known manner, to adjust the heat output of the cooking space radiant heaters using the power factors B in such a way that the cooking space temperature Tg is adjusted to Ttarget_1.
  • controller 6 can be in the form of a PID controller whose controller signal (which, for example, is a PWM signal for switching on and Turning off the cooking space radiant heaters 7 to 9 that are still being operated or energized using the performance factors B) as a manipulated variable of Tg and Ttarget_1, in particular the control difference between Tg and Ttarget_1.
  • a duty cycle can be all the lower, the smaller this difference is.
  • step S9 the second controller 13 tries, in a basically known manner, to set the heating output of the heating circuits using the power factors B* in such a way that the cooking chamber temperature Tg is adjusted to Ttarget_2.
  • the controller 13 can also be designed as a PID controller for this purpose, the controller signal of which (which can be, for example, a PWM signal for switching on and off the heating elements 12 of the steam generator 11 that are still operated or energized using the power factors B*) depends on Tg and Ttarget_2 depends, in particular on the control difference between Tg and Ttarget_2.
  • a duty cycle can be all the lower, the smaller this difference is. The higher the duty cycle, the more vapor is produced.
  • step S10 it is checked whether one or more termination conditions for the steam cooking operation are met, e.g. whether a specified cooking time has been reached and/or a specified core temperature of the food being cooked has been reached, etc. If this is not the case ("N") , the control steps S8 and S9 are continued.
  • the steam cooking mode is ended in a step S11, e.g. by the steam cooking appliance 1 being switched off, switching to a mode without the addition of steam, such as a warming or post-cooking mode, etc.
  • Tgs Target cooking space temperature specified for the center of the cooking space

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Abstract

Ein Dampfgargerät (1) weist einen drucklosen Garraum (2), mindestens einen Garraum-Wärmestrahler (7-9) zum Erhitzen des Garraums (2), einen Garraum-Temperatursensor (5) zum Abfühlen einer Garraumtemperatur (Tg), einen Dampferzeuger (11) mit mindestens einem Heizelement (12) zum Erhitzen von Wasser zu Dampf, welcher dem Garraum (2) zugeführt wird, mindestens einen ersten Regler (6) zum Ansteuern mindestens eines Garraum-Wärmestrahlers (7-9), und mindestens einen zweiten Regler (13) zum Ansteuern des mindestens eines Heizelements (12) des Dampferzeugers (11) auf, wobei das Dampfgargerät (1) zumindest während einer Regelphase dazu eingerichtet ist, als eine Regelgröße des mindestens einen ersten Reglers (6) die Garraumtemperatur (Tg) und als seine Führungsgröße einen ersten Regler-Zielwert (Tziel_1) zu verwenden, als eine Regelgröße des mindestens einen zweiten Reglers (13) die Garraumtemperatur (Tg) und als seine Führungsgröße einen zweiten Regler-Zielwert (Tziel_2) anzunehmen, wobei der erste Regler-Zielwert (Tziel_1) gleich oder größer als der zweite Regler-Zielwert (Tziel_2) ist.

Description

Behandeln von Gargut mit Dampf
Die Erfindung betrifft ein Dampfgargerät, aufweisend einen drucklosen Garraum, mindestens einen Garraum-Wärmestrahler zum Erhitzen des Garraums, einen Garraum- Temperatursensor zum Abfühlen einer Garraumtemperatur, einen Dampferzeuger mit mindestens einem Heizelement zum Erhitzen von Wasser zu Dampf, mit dem der Garraum beaufschlagbar ist, mindestens einen ersten Regler zum Ansteuern des mindestens einen Garraum-Wärmestrahlers, und mindestens einen zweiten Regler zum Ansteuern des mindestens einen Heizelements des Dampferzeugers. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Dampfgargeräts. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf ein Behandeln von Gargut mit überhitztem Dampf.
EP 1 855 058 A1 offenbart ein Verfahren zum Garen von Gargut in einem Garraum mit Dampf, wobei dem Garraum Dampf aus einem Dampfgenerator zugeführt wird, wobei am Garraum eine Messöffnung angeordnet ist, an deren äußerer Mündung eine Temperatur Ts gemessen wird, und wobei am Garraum weiter eine verschließbare Öffnung angeordnet ist, wobei während dem Garen mit Dampf beim Feststellen eines Anstiegs der Temperatur Ts über eine Schwelle To die verschließbare Öffnung mindestens teilweise geöffnet wird. Dabei kann im Garraum eine im Wesentlichen reine Dampfatmosphäre erzeugt wird, insbesondere mit einer Konzentration von reinem Sauerstoff unterhalb 2 Volumenprozent.
EP 2 789 918 A1 offenbart ein Verfahren zum Garen eines Garguts in einem Gargerät mit einem Garraum während einer Gardauer, bei welchem eine Garguttemperatur gemessen wird und wobei mindestens während einer Garguttemperatur-Regelphase der Gardauer eine Garraumtemperatur im Garraum außerhalb des Garguts derart gesteuert wird, dass die Garguttemperatur einem zeitabhängigen Garguttemperatur-Sollwertverlauf folgt, wobei das Gargut in den Garraum eingebracht wird und der Garguttemperatur- Sollwertverlauf mindestens zwei Bereiche mit unterschiedlicher Steigung aufweist, wobei der zweite, auf den ersten folgende Bereich eine geringere Steigung aufweist als der erste Bereich.
EP2993416-B1 offenbart ein Gargerät, das dazu angeordnet ist, überhitzten Dampf zuzuführen, während Nahrung gegart wird, wobei das Gargerät Folgendes umfasst: einen Hauptkörper, der eine öffenbare Front aufweist und in dem ein Garraum angeordnet ist; eine Heizkammer, die in dem Hauptkörper eingerichtet ist, um sich mit dem Garraum in Verbindung zu befinden; einen Dampferzeuger, der dazu angeordnet ist, in die Heizkammer eingespritzten Dampf zu erzeugen; eine Konvektionsheizvorrichtung, die in der Heizkammer angeordnet ist, wobei die Konvektionsheizvorrichtung dazu eingerichtet ist, die Heizkammer und den Garraum zu heizen, und ein Dampfzufuhrrohr, das den Dampferzeuger und die Heizkammer verbindet, sodass der aus dem Dampferzeuger ausgelassene Dampf der Heizkammer zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Dampfzufuhrrohr eine Dampfauslassöffnung aufweist, durch die überhitzter Dampf ausgelassen wird, wobei die Konvektionsheizvorrichtung dazu eingerichtet ist, aus dem Dampferzeuger ausgelassenen Dampf zu erhitzen und ihn in überhitzten Dampf umzuwandeln, während der Dampf entlang des Dampfzufuhrrohrs bewegt wird, wobei der Dampf in einem überhitzten Dampfzustand in die Heizkammer eingespritzt wird und in den Garraum zugeführt wird; und wobei die Dampfauslassöffnung in Richtung eines oberen Abschnitts der Heizkammer geöffnet ist, sodass überhitzter Dampf in Richtung des oberen Abschnitts der Heizkammer ausgelassen wird.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine Möglichkeit bereitzustellen, einen Dampfgarablauf ohne Einbußen in der Qualität eines Garergebnisses schneller und schonender durchführen zu können.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Dampfgargerät, aufweisend einen insbesondere drucklosen Garraum, mindestens einen Garraum-Wärmestrahler zum Erhitzen des Garraums, einen Garraum-Temperatursensor zum Abfühlen einer Garraumtemperatur, einen Dampferzeuger mit mindestens einem Heizelement zum Erhitzen von Wasser zu Dampf, mit dem der Garraum beaufschlagbar ist, mindestens einen ersten Regler zum Ansteuern des mindestens einen Garraum- Wärmestrahlers, und mindestens einen zweiten Regler zum Ansteuern des mindestens einen Heizelements des Dampferzeugers, wobei das Dampfgargerät zumindest während einer Regelphase dazu eingerichtet ist, als eine Regelgröße des mindestens einen ersten Reglers die Garraumtemperatur und als seine Führungsgröße einen ersten Regler-Zielwert zu verwenden, als eine Regelgröße des mindestens einen zweiten Reglers die Garraumtemperatur und als seine Führungsgröße einen zweiten Regler-Zielwert zu verwenden, wobei der erste Regler-Zielwert gleich oder größer als der zweite Regler-Zielwert ist.
Dieses Dampfgargerät ergibt den Vorteil, dass vor allem für lange Dampfanwendungen die zum Erreichen eines bestimmten Garergebnisses die Gardauer erheblich verringert werden kann. So ergibt sich z.B. zum Dampfgaren von Kartoffeln eine Zeitersparnis von 30 %. Durch die Zeitersparnis wiederum werden vorteilhafterweise weniger Nährstoffe und wasserlösliche Vitamine aus den Lebensmitteln ausgewaschen, auch sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe bleiben besser erhalten. Durch die kürzere Gardauer kann auch das Garergebnis verbessert werden, z.B. eine bessere Farbe / geringerer Chlorophyllabbau bei grünen Bohnen erreicht werden. Insbesondere bei fetthaltigen Lebensmitteln kann ein besseres Garergebnis erreicht werden.
Vorteilhafterweise wird eine Kombination aus Dampf und konventionellen Heizarten (z.B. Oberhitze, Unterhitze, Heißluft, usw.) so gewählt, dass eine durchgängig sehr hohe Feuchte bzw. Feuchtigkeitsgehalt in dem Garraum aufrechterhalten wird. Die atmosphärische Luft wird durch den Wasserdampf verdrängt, wobei ein Restsauerstoffgehalt (der als Indikator für die Feuchte im Garraum dienen kann) insbesondere mindestens so niedrig wie bei Volldampfbetrieben ohne Vorsehen von konventionellen Heizarten gehalten werden kann. Dabei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass bei Garraumtemperaturen über dem Siedepunkt von Wasser der dem Garraum zugeführte Dampf eine kühlende Wirkung aufweist, bei Garraumtemperaturen unter dem Siedepunkt hingegen eine heizende Wirkung. Deshalb sollte vorteilhafterweise insbesondere bei Garraumtemperaturen über dem Siedepunkt von Wasser (ca. 100°C) ein Gleichgewicht gefunden werden zwischen dem Energieeintrag des Dampfs und dem Energieeintrag über die konventionellen Heizkörper. Dies wird erreicht durch ein geeignetes Verhältnis zwischen der Führungsgröße bzw. dem Zielwert des zweiten Reglers des Dampferzeugers und der Führungsgröße bzw. dem Zielwert des ersten Reglers der konventionellen Betriebsart. Dies lässt sich vorteilhafterweise einfach ohne oder mit nur geringen baulichen Änderungen umsetzen, insbesondere auch ohne Vorsehen oder Ansteuerung von Öffnungsventilen wie Klappen usw.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Dampfgargerät ein Haushalts-Dampfgargerät ist.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Dampfgargerät ein Backofen mit zusätzlicher Dampferzeugungsfunktion ist. Das Dampfgargerät kann daher in anderen Betriebsarten als einem Dampfgarbetrieb bzw. -ablauf als herkömmlicher Backofen verwendet werden. Auch ist es möglich, das Dampfgargerät in einem reinen Dampfgarbetrieb ohne Nutzung von konventionellen Heizarten einzusetzen.
Unter einem drucklosen Garraum wird insbesondere ein Garraum verstanden, in dem kein oder kein merklicher Überdruck aufgebaut wird oder werden kann.
Es ist eine Weiterbildung, dass der mindestens ein Garraum-Wärmestrahler einen elektrischen Widerstandsheizkörper, insbesondere Rohrheizkörper, wie z.B. einen Oberhitze- Heizkörper, Grillheizkörper, Unterhitze-Heizkörper, Ringheizkörper, usw. umfasst. Es ist eine Weiterbildung, dass er mindestens ein Garraum-Wärmestrahler einen, z.B. flächigen, IR-Strahler umfasst. Der mindestens eine Garraum-Wärmestrahler gibt Wärmestrahlung in den Garraum ab.
Mehreren Garraum-Wärmestrahlern können jeweilige erste Regler zu ihrer Ansteuerung bzw. Bestromung zugeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich können mindestens zwei Garraum-Wärmestrahler, insbesondere alle Garraum-Wärmestrahler, über den gleichen ersten Regler ansteuerbar sein. Die Garraum-Wärmestrahlern können insbesondere individuell zu- und abgeschaltet werden.
Der Garraum-Temperatursensor kann z.B. ein Ptxxxx (z.B. Pt500 oder PtlOOO) - Thermofühler sein.
Dass der Garraum mit dem Dampf beaufschlagbar ist, umfasst, dass der Dampferzeuger Dampf erzeugt, welcher den Garraum füllt. Es ist eine Weiterbildung, dass der Dampferzeuger ein außerhalb des Garraums angeordneter Dampferzeuger ist. Dieser weist mindestens ein Heizelement zum Erhitzen von dem Dampferzeuger zugeführtem Wasser zu Dampf auf. Der Dampf wird dem Garraum zugeführt. Der Dampferzeuger kann insbesondere mehrere Heizkreise mit jeweils mindestens einem Heizelement aufweisen, die individuell über den zweiten Regler ansteuerbar bzw. bestrombar sind.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Dampferzeuger ein innerhalb des Garraums angeordneter Dampferzeuger ist, z.B. ein an einer Innenwand des Garraums angeordneter Dampferzeuger. Ferner kann der Dampferzeuger in Form einer mit Wasser füllbaren und insbesondere auch automatisch nachfüllbaren Bodenschale vorliegen, die mittels mindestens eines außerhalb der Wandung des Garraums angeordneten Heizelements heizbar ist.
Der erste Regler und/oder der zweite Regler kann ein PID-Regler sein. Der erste Regler und/oder der zweite Regler kann zum Ansteuern der zugehörigen Komponente(n) ein Reglersignal in Form eines PWM-Signals ausgeben, das z.B. ein entsprechendes Stromrelais schaltet ("PWM-Regler"). Der Tastgrad oder die dadurch in den mindestens einen Garraum-Wärmestrahler bzw. in das mindestens eine Heizelement des Dampferzeugers eingebrachte Heizleistung kann als Stellgröße des jeweiligen Reglers angesehen werden.
Allgemein bewirkt eine Änderung der in den mindestens einen Garraum-Wärmestrahler eingebrachten Heizleistung eine Änderung der Garraumtemperatur, eine Änderung der in das mindestens eine Heizelement eingebrachten Heizleistung eine Änderung des erzeugten Dampfvolumens (was wiederum indirekt eine Änderung der der Garraumtemperatur bewirken kann).
Während der Regelphase wird als die Regelgröße des mindestens einen ersten Reglers die Garraumtemperatur und als seine Führungsgröße ein erster Regler-Zielwert verwendet. Als eine Regelgröße des mindestens einen zweiten Reglers wird die gleiche Garraumtemperatur und als seine Führungsgröße ein zweiter Regler-Zielwert verwendet. Die Regler-Zielwerte können insbesondere durch eine Steuereinrichtung vorgeben werden. Die Zielwerte können z.B. von einer Steuereinrichtung vorgegeben werden. Die Regler können eigenständige Komponenten des Dampfgargeräts sein oder können in die Steuereinheit integriert sein.
Dass der erste Regler-Zielwert (für den mindestens einen Garraum-Wärmestrahler) gleich oder größer als der zweite Regler-Zielwert (für das mindestens eine Heizelement des Dampfgargeräts) ist, ergibt den Vorteil, dass sich so ein besonders vorteilhaftes Verhältnis zwischen Feuchtegehalt und Wasser- bzw. Energieverbrauch einstellt. Dabei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass die Differenz zwischen diesen beiden Zielwerten einen großen Einfluss auf die Feuchtigkeit bzw. den Feuchtegrad im Garraum hat: Je betragsmäßig größer die Differenz ist, desto weniger Feuchteüberschuss herrscht im Garraum. Typischerweise ergibt sich also ein Temperaturbereich der gemessenen Garraumtemperatur zwischen dem zweiten Regler-Zielwert und dem höheren ersten Regler-Zielwert, in dem mindestens ein Garraum-Wärmestrahler noch bestromt wird (ggf. auch nur geringfügig), während kein Dampf mehr erzeugt wird.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der erste Regler-Zielwert bis zu 5 °C größer als der zweite Regler-Zielwert ist. Dies ergibt bereits eine deutliche Verringerung des Wasser- bzw. Energieverbrauchs und/oder der Gardauer bei gleichem oder sogar besserem Garergebnis.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der erste Regler-Zielwert größer als der zweite Regler- Zielwert ist, insbesondere zwischen 1 °C bis 4 °C größer. Dies ergibt eine nochmals deutlichere Erhöhung des Feuchtegehalts im Garraum und/oder eine nochmals deutlichere der Gardauer bei gleichem oder sogar besserem Garergebnis.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der erste Regler-Zielwert 3 °C größer ist als der zweite Regler-Zielwert ist. Dies ergibt bereits eine ganz besonders deutlichere Verringerung des Wasser- bzw. Energieverbrauchs und/oder der Gardauer bei gleichem oder sogar besserem Garergebnis.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der erste Regler-Zielwert und der zweite Regler-Zielwert abhängig von einem Sollwert der Garraumtemperatur sind. Dies ermöglicht eine ganz besonders feine und gargutbezogene Einstellung geeigneter Zielwerte. Werden der erste Regler-Zielwert als Tziel_1, der zweite Regler-Zielwert als Tziel_2 und eine Soll-Garraumtemperatur als Tgs bezeichnet, können Tziel_1 und Tziel_2 beispielsweise gemäß Tziel_1 = a • Tgs + b bzw. als Tziel_2 = c • Tgs + d berechnet werden. Die Koeffizienten a bis d können grundsätzlich beliebige, aber dann fest gewählte Werte sein. Diese Berechnung ist vergleichsweise einfach umsetzbar und erlaubt z.B. eine einfache Anpassung an die Position und Art des verwendeten Garraum-Temperatursensors. Die Berechnung des ersten Regler-Zielwerts Tziel_1 und des zweiten Regler-Zielwerts Tziel_2 aus der Soll-Garraumtemperatur Tgs ergibt den Vorteil, dass damit von dem Garraum-Temperatursensor gemessene Garraumtemperaturen Tg daran angepasst werden können, dass der Garraum-Temperatursensor sich häufig an einem Ort in dem Garraum 2 befindet, welcher nicht die idealerweise in der Mitte des Garraums herrschende Soll- Garraumtemperatur Tgs misst, sondern eine davon abweichende Garraumtemperatur. So kann die gemessene Garraumtemperatur Tg z.B. dann von der Garraumtemperatur in der Mitte des Garraums abweisen, wenn der Garraum-Temperatursensor sich in der Nähe der Decke des Garraums und/oder in der Nähe eines Garraum-Wärmestrahlers befindet. Dadurch ergibt sich ein Offset im Wert und/oder Ansprechverhalten, der durch die Umrechnung Tziel_1 = a • Tgs + b bzw. als Tziel_2 = c • Tgs + d kompensiert werden kann. Ist beispielsweise die Soll-Garraumtemperatur Tgs auf 120 °C eingestellt worden und befindet sich der Garraum-Temperatursensor an einem Ort, der eine systematische Abweichung der Garraumtemperatur Tg von der Garraumtemperatur in der Mitte des Garraums von + 5 °C bei ansonsten gleichem Ansprechverhalten zeigt, könnte Tziel_1 z.B. mit a = 1 und b = + 5 °C auf 125 °C festgesetzt werden. Beträgt Tziel_2 dann z.B. nur 125 °C - 3 °C = 122 °C, wird die Dampferzeugung bereits bei Tg = 122 °C (entsprechend einer Garraumtemperatur in der Mitte des Garraums von 117 °C) eingestellt, während der mindestens eine Garraum-Wärmestrahler noch bis Tg = 125 °C entsprechend einer Garraumtemperatur in der Mitte des Garraums von 120 °C) bestromt wird.
Würde der Garraum-Temperatursensor die Garraumtemperatur in der Mitte des Garraums messen, könnte Tziel_1 = Tgs und Tziel_2 = Tgs - [0 °C; 5 °C] gesetzt werden, usw.
Wie bereits oben ausgeführt, gilt Tziel_2 = Tziel_1 - [0 °C; 5°C], insbesondere Tziel_2 = Tziel_1 - 3 °C. Es ist eine Ausgestaltung, dass das Dampfgargerät dazu eingerichtet ist, den Garraum zum Beginn eines Dampfgarbetriebs bzw. -ablaufs aufzuheizen ("Aufheizphase"), um dann in die Regelphase überzugehen, in welcher die Regler auf die entsprechenden Ziel- bzw. Sollwerte Tziel_1 bzw. Tziel_2 einregeln.
Die Aufheizphasen betreffend den ersten Regler und den zweiten Regler können sich unterscheiden. So kann die den ersten Regler betreffende Aufheizphase auch früher oder später in eine zugehörige Regelphase übergehen als die den zweiten Regler betreffende Aufheizphase.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Dampfgargerät dazu eingerichtet ist, während der Aufheizphase(n), welche selbst in mehrere Teilphasen unterteilt sein kann bzw. können, den mindestens einen Garraum-Wärmestrahler und/oder das mindestens eine Heizelement des Dampfgargeräts ungeregelt zu betreiben, z.B. mit einem beliebigen, aber dann fest gewählten Tastgrad, der auch eins betragen kann. Dadurch kann insbesondere während der Aufheizphase oder während der Teilphasen eine konstante, z.B. konstante mittlere, Heizleistung in den mindestens einen Garraum-Wärmestrahler und/oder das mindestens eine Heizelement des Dampfgargeräts eingebracht werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Aufheizphase mehrere Teilphasen aufweist, wobei die in den mindestens einen Garraum-Wärmestrahler und/oder das mindestens eine Heizelement des Dampfgargeräts eingebrachte Heizleistung bei Übergang auf folgende Teilphasen sukzessive verringert wird. Dies vermindert vorteilhafterweise die Gefahr und/oder Höhe von Überschwingern in der Garraumtemperatur. Dies kann z.B. dadurch umgesetzt werden, dass den Teilphasen zugeordnete Leistungsfaktoren, welche die eingebrachte Heizleistung definieren, von einer Teilphase beim Übergang zu der folgenden Teilphase reduziert werden. Das Reduzieren kann z.B. durch eine Verringerung des jeweiligen Tastgrads und/oder durch ein Abschalten bzw. Nichtnutzen zuvor zugeschalteter Garraum-Wärmestrahler und/oder Heizelemente bzw. Heizkreise erreicht werden. Die den ersten Regler betreffenden Teilphasen können länger oder kürzer sein als die den zweiten Regler betreffenden Teilphasen.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Aufheizphase für den ersten Regler in die Regelphase für den ersten Regler übergeht bzw. umgeschaltet wird, wenn die Garraumtemperatur Tg einen ersten "Aufheiz-"Temperaturschwellwert Tauf_1 erreicht oder überschreitet. Der erste Aufheiz-Temperaturschwellwert kann von der Soll-Garraumtemperatur Tgs abhängig sein und z.B. gemäß Tauf_1 = e- Tgs + f berechnet werden und z.B. durch die Steuereinrichtung vorgegeben werden.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Aufheizphase für den zweiten Regler in die Regelphase für den zweiten Regler übergeht bzw. umgeschaltet wird, wenn die Garraumtemperatur Tg einen zweiten "Aufheiz-"Temperaturschwellwert Tauf_2 erreicht oder überschreitet. Dieser zweite Aufheiz-Temperaturschwellwert kann von der Soll-Garraumtemperatur Tgs abhängig sein und z.B. gemäß Tauf_2 = g ■ Tgs + h berechnet werden und z.B. durch die Steuereinrichtung vorgegeben werden.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Aufheizphase für den ersten Regler in zwei Teilphasen aufgeteilt ist, wobei die anfängliche (Aufheiz-)Teilphase in die folgende (Aufheiz- )Teilphase für den ersten Regler übergeht bzw. umgeschaltet wird, wenn die Garraumtemperatur Tg einen ersten "Umschalt-"Temperaturschwellwert Tsw_1 erreicht oder überschreitet. Dieser erste Umschalt-Temperaturschwellwert kann von der Soll- Garraumtemperatur Tgs abhängig sein und z.B. gemäß Tsw_1 = k ■ Tgs + m berechnet werden und z.B. durch die Steuereinrichtung vorgegeben werden.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Aufheizphase für den zweiten Regler in zwei Teilphasen aufgeteilt ist, wobei die anfängliche (Aufheiz-)Teilphase in die folgende (Aufheiz- )Teilphase für den zweiten Regler übergeht bzw. umgeschaltet wird, wenn die Garraumtemperatur Tg einen ersten "Umschalt-"Temperaturschwellwert Tsw_2 erreicht oder überschreitet. Dieser zweite Umschalt-Temperaturschwellwert kann von der Soll- Garraumtemperatur Tgs abhängig sein und z.B. gemäß Tsw_2 = n ■ Tgs + p berechnet werden und z.B. durch die Steuereinrichtung vorgegeben werden.
Die Koeffizienten e bis h, k, m, n und p können grundsätzlich beliebige, aber dann fest gewählte Werte sein. Diese Koeffizienten können z.B. experimentell und/oder durch Simulationen bestimmt worden sein.
Typischerweise gilt Tziel_1 > Tauf_1 > Tsw_1 und Tziel_2 > Tauf_2 > Tsw_2. Allgemein gilt, dass Tziel_1, Tziel_2, Tauf_1, Tauf_2, Tsw_1 und Tsw_2 formelmäßig berechnet oder aus Kennlinien oder Tabellen berechnet bzw. bestimmt werden können.
Es ist eine Ausgestaltung, dass zum Durchführen des Dampfgarbetriebs zumindest phasenweise ein Garraum-Wärmestrahler in Form eines Unterhitze-Heizkörpers aktiviert wird. Dadurch kann vorteilhafterweise ein Sammeln von Kondenswasser am Garraumboden verringert oder sogar praktisch ganz verhindert werden. Dies ist besonders vorteilhaft in der Aufheizphase, speziell in der ersten Teilphase, falls vorhanden. Durch die Aktivierung des Unterhitze-Heizkörpers wird das Kondensat erneut verdampft und dadurch effektiv zur Dampfbehandlung wiederverwendet. Dadurch wiederum wird die Restmenge von Wasser bei Garende gering gehalten, und es wird weniger Wasser aus dem Tankvorrat des Dampferzeugers verbraucht und dadurch die mögliche Dampfgardauer verlängert. Die Heizleistung des Unterhitze-Heizkörpers wird dabei vorteilhafterweise so eingestellt, dass er keinen schädigenden Einfluss durch Strahlungswärme auf das Gargut hat. Um die gewünschten Garraumtemperaturen zu erreichen, kann vorteilhafterweise zusätzlich zu dem Unterhitze-Heizkörper noch mindestens ein weiterer Garraum-Wärmestrahler betrieben, z.B. den Ringheizkörper.
Es ist eine Ausgestaltung, dass eine Soll-Garraumtemperatur oberhalb einer Siedetemperatur von Wasser liegt. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass in dem Garraum ein überhitzter Dampf ("Superheated Steam") erzeugbar ist, der eine ganz besonders schnelles Dampfgaren ermöglicht. Außerdem wird so eine Kondensatbildung in dem Garraum besonders gering gehalten. Speziell kann die Bildung eines von einer Decke des Garraums auf das Gargut abtropfenden Kondensats verhindert werden. Auch die Bildung von Kondensat am Backofenboden, an einer Türinnenseite und Seitenwänden des Garraums wird verringert oder sogar verhindert. Dadurch kann ggf. sogar ein Trocknen des Backofens nach einem Dampfgarbetrieb entfallen.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Dampfgargeräts wie oben beschrieben, bei dem der mindestens eine erste Regler den mindestens einen Garraum-Wärmestrahler beruhend auf der Garraumtemperatur als Regelgröße dem ersten Regler-Zielwert als Führungsgröße ansteuert und der mindestens eine zweite Regler das mindestens eine Heizelement des Dampferzeugers beruhend auf der Garraumtemperatur als Regelgröße dem zweiten Regler-Zielwert als Führungsgröße ansteuert. Das Ver- fahren kann analog zu dem Dampfgargerät ausgebildet werden und weist die gleichen Vorteile auf.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird.
Fig.1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Skizze eines Dampfgargeräts;
Fig.2 zeigt einen möglichen Ablauf eines "Superheated Steam'-Betriebs des Dampfgargeräts; und
Fig.3 zeigt eine detailliertere Darstellung eines Ablaufschritts des Ablaufs aus Fig.2.
Fig.1 zeigt eine Skizze eines Dampfgargeräts 1 mit einem Garraum 2, dessen frontseitige Beschickungsöffnung mittels einer Tür 3 verschließbar ist. Bei geschlossener Tür 3 ist der Garraum 2 insbesondere in dem Sinne drucklos, dass sich in ihm kein oder kein merklicher Überdruck aufbaut. Das Dampfgargerät 1 kann als Backofen mit zusätzlicher Dampferzeugungsfunktion ausgebildet sein.
Das Dampfgargerät 1 weist eine Steuereinrichtung 4 auf, die mit einem Garraum- Temperatursensor 5 verbunden ist. Der Garraum-Temperatursensor 5 misst eine Garraumtemperatur Tg in dem Garraum 2, die von der Steuereinrichtung 4 zum Steuern eines Garbetriebs nutzbar ist, insbesondere zum Einregeln der Garraumtemperatur Tg auf einen von einem Nutzer oder einem Garprogramm vorgegebenen Sollwert Tgs der Garraumtemperatur, der z.B. für die Mitte des Garraums 2 vorgegeben wird.
Die Steuereinrichtung 4 übergibt auch einen ersten Zielwert Tziel_1 an einen ersten Regler 6, z.B. einem PID-Regler, an, der dazu eingerichtet ist, mindestens einen Garraum- Wärmestrahler 7, 8, 9 so anzusteuern bzw. zu bestromen, dass die gemessene Garraumtemperatur Tg einen ersten Zielwert Tziel_1 erreicht. Dazu kann der erste Regler 6 einen oder mehrere Wärmestrahler 7, 8, 9 ansteuern, oder mehrere Garraum-Wärmestrahler 7, 8, 9 können durch jeweilige erste Regler 6 angesteuert werden. Es ist eine Weiterbildung, dass die Garraum-Wärmestrahler 7, 8, 9 individuell zuschaltbar bzw. abschaltbar sind. Vorliegend umfassen die Garraum-Wärmestrahler 7, 8, 9 beispielhaft einen Oberhitze- Heizkörper oder eine individuell zuschaltbare Oberhitze-/Grill-Heizkörper-Kombination 7, einen Unterhitze-Heizkörper 8 und einen Ringheizkörper 9, welcher Teil eines Heißluftsystems 10 sein kann. Die Garraum-Wärmestrahler 7, 8, 9 können als elektrische Widerstandsheizkörper ausgebildet sein, z.B. als Rohrheizkörper.
Das Dampfgargerät 1 weist außerdem einen Dampferzeuger 11 auf, der mindestens ein Heizelement 12 zum Verdampfen von Wasser aufweist. Der entstehende Dampf wird in den Garraum 2 geleitet. Das mindestens eine Heizelement 12 wird durch einen zweiten Regler 13, z.B. einen PID-Regler, angesteuert, der dazu eingerichtet ist, mindestens ein Heizelement 12 so anzusteuern bzw. zu bestromen, dass die gemessene Garraumtemperatur Tg den zweiten Zielwert Tziel_2 erreicht, der von der Steuereinrichtung 4 übergebbar ist. Je höher die Regeldifferenz Tgs - Tziel_2 ist, desto mehr Heizleistung wird in das zu verdampfende Wasser eingebracht und desto höher ist das entstehende Dampfvolumen.
Obwohl die Regler 6, 13 hier als eigenständige Komponenten des Dampfgargeräts 1 eingezeichnet sind, können sie auch in die Steuereinrichtung 4 integriert sein.
Das Dampfgargerät 1 kann in mindestens einem konventionellen, dampflosen Heizbetrieb betrieben werden, bei dem der Garraum 2 durch mindestens einen der Garraum- Wärmestrahler 7, 8, 9 aufgeheizt wird, aber der Dampferzeuger 11 deaktiviert bleibt. Das Dampfgargerät 1 kann alternativ in einem reinen Dampfbetrieb betrieben werden, bei dem nur der Dampferzeuger 11 aktiviert ist, während die Garraum-Wärmestrahler 7, 8, 9 ausgeschaltet bleiben. Das Dampfgargerät 1 kann außerdem in einem Mischbetrieb betrieben werden, in dem sowohl der Dampferzeuger 11 aktiviert ist als auch zumindest einer der Garraum-Wärmestrahler 7, 8, 9 betrieben wird, insbesondere auch gleichzeitig. Liegt die Soll-Garraumtemperatur Tgs oberhalb der Siedetemperatur von Wasser, wird der Dampf in dem Garraum 2 über seinen Siedepunkt aufgeheizt, was auch als "Superheated Steam' -Betrieb bezeichnet werden kann.
Fig.2 zeigt einen möglichen Ablauf eines Superheated SteanT'-Dampfgarbetriebs des Dampfgargeräts 1 . In einem Schritt SO wird das Verfahren gestartet.
In einem Schritt S1 wird eine für die Mitte des Garraums 2 vorgesehene Soll- Garraumtemperatur Tgs von mehr als 100 °C empfangen, z.B. von 110 °C bis 130 °C, beispielsweise mittels einer Nutzereingabe oder von einem Garprogramm. Die Schritte SO und S1 können auch in umgekehrter Reihenfolge oder gleichzeitig ausgeführt werden.
In einem Schritt S2 werden aus der Soll-Garraumtemperatur Tgs folgende weitere Temperaturwerte berechnet: ein erster Regler-Zielwert Tziel_1 als Führungsgröße für den Regler 6 des mindestens einen Garraum-Wärmestrahlers 7 bis 9 gemäß Tziel_1 = a • Tgs + b; ein zweiter Regler-Zielwert Tziel_2 als Führungsgröße für den Regler 13 des Heizelements 12 gemäß Tziel_2 = c • Tgs + d; ein erster "Aufheiz-"Temperaturschwellwert Tauf_1 = e • Tgs + f; ein zweiter "Aufheiz-"Temperaturschwellwert Tauf_2 = g • Tgs + h; ein erster "Umschalt-"Temperaturschwellwert Tsw_1 = k- Tgs + m; ein zweiter "Umschalt-"Temperaturschwellwert Tsw_2 = n • Tgs + p.
Die Koeffizienten a bis h, k, m, n und p können grundsätzlich beliebige, aber dann fest gewählte Werte sein. Diese Koeffizienten können z.B. experimentell und/oder durch Simulationen bestimmt worden sein.
Typischerweise gilt Tziel_1 > Tauf_1 > Tsw_1 und Tziel_2 > Tauf_2 > Tsw_2.
Vorliegend gilt ferner, dass Tziel_2 = Tziel_1 - [0 °C; 5°C] gilt, insbesondere Tziel_2 = Tziel_1 - 3 °C.
In Schritt S3 wird überprüft, ob eine von dem Garraum-Temperatursensor 5 in Schritt S4 (kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich) gemessene aktuelle Garraumtemperatur Tg unter dem Aufheiz-Temperaturschwellwert Tauf_1 liegt oder nicht.
Ist dies der Fall ("J"), wird zu Schritt S5 verzweigt. Fig.3 zeigt eine detailliertere Darstellung des Schritts S5. In Schritt S5 wird in einem Teilschritt S5a überprüft, ob die aktuelle Garraumtemperatur Tg unter dem Umschalt-Temperaturschwellwert Tsw_1 liegt oder nicht.
Ist dies der Fall ("J"), wird zu Schritt S5b verzweigt. In Schritt S5b werden erste Leistungsfaktoren A festgelegt bzw. beibehalten, mittels derer der Regler 6 den mindestens einen Garraum-Wärmestrahler 7 bis 9 (weiter) ansteuert. Die Leistungsfaktoren A bestimmen die Energiemenge, die abhängig vom einem Reglersignal des Reglers 6 (z.B. einem PWM-Signal) in den mindestens einen Garraum-Wärmestrahler 7 bis 9 eingespeist wird.
Ist dies nicht der Fall ("N"), wird zu Schritt S5c verzweigt. In Schritt S5c wird auf zweite Leistungsfaktoren B umgeschaltet, die kleiner sind als die Leistungsfaktoren A. Die unter Nutzung der Leistungsfaktoren B eingespeiste Energiemenge ist dann geringer als für die Leistungsfaktoren A. Folgend wird zu Schritt S3 zurückverzweigt.
Mit Beginn des Dampfgarablaufs wird der Garraum 2 insbesondere im Rahmen einer ersten Teilphase einer Aufheizphase des ersten Reglers 6 zunächst unter Verwendung der ersten Leistungsfaktor(en) A schnell hochgeheizt (z.B. mit einer Energie von bis zu 1200 W), und dann im Rahmen einer zweiten Teilphase der Aufheizphase die eingespeiste Energiemenge noch vor Erreichen des ersten Regler-Zielwerts Tziel_1 reduziert (z.B. auf 800 W).
In einer Variante werden bis zum Erreichen des Umschalt-Temperaturschwellwerts Tauf_1 zumindest der Unterhitze-Heizkörper 8 und der Ringheizkörper 9 betrieben, danach z.B. nur noch der Ringheizkörper 9.
Analog zu den Schritten S3 und S5 wird zum Heizen des Dampferzeugers 11 bzw. des mindestens einen Heizelements 12 in den Schritten S6 und S7 vorgegangen:
In Schritt S6 wird überprüft, ob eine von dem Garraum-Temperatursensor 5 in Schritt S4 (kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich) gemessene aktuelle Garraumtemperatur Tg unter einem Aufheiz-Temperaturschwellwert Tauf_2 liegt oder nicht. Ist dies der Fall ("J"), wird in Schritt S7 zu einem zu Schritt S5a analogen Schritt S7a (o. Abb.) verzweigt, in dem überprüft wird, ob die aktuelle Garraumtemperatur Tg unter dem Umschalt-Temperaturschwellwert Tsw_2 liegt oder nicht.
Ist dies der Fall ("J"), wird zu einem zu Schritt S5b analogen Schritt S7b (o. Abb.) verzweigt, in dem zweite Leistungsfaktoren A* festgelegt bzw. beibehalten werden, mittels derer der zweite Regler 13 das mindestens eine Heizelement 12 (weiter) ansteuert. Die Leistungsfaktoren A* bestimmen die Energiemenge, die abhängig vom einem Reglersignal des zweiten Reglers 13 in das mindestens eine Heizelement 12 eingespeist wird.
Ist dies nicht der Fall ("N"), wird zu einem zu Schritt S5c analogen Schritt S7c (o. Abb.) verzweigt. In Schritt S7c wird auf zweite Leistungsfaktoren B* umgeschaltet, die kleiner sind als die Leistungsfaktoren A*. Die unter Nutzung der Leistungsfaktoren B* eingespeiste Energiemenge ist dann geringer als für die Leistungsfaktoren A*. Folgend wird zu Schritt S3 zurückverzweigt.
Mit Beginn des Dampfgarablaufs wird das Wasser in dem Dampferzeuger 11 also insbesondere zunächst im Rahmen einer ersten Teilphase einer Aufheizphase des zweiten Reglers13 unter Verwendung der ersten Leistungsfaktor(en) A* schnell zum Sieden gebracht und dann im Rahmen einer zweiten Teilphase einer Aufheizphase des zweiten Reglers 13 die eingespeiste Energiemenge und damit das erzeugte Dampfvolumen noch vor Erreichen des zweiten Regler-Zielwerts Tziel_2 reduziert.
In einer Variante weist der Dampferzeuger 11 zwei Heizkreise auf, wobei bis zum Erreichen des zweiten Umschalt-Temperaturschwellwerts Tauf_1 beide Heizkreise betrieben werden, danach nur noch ein Heizkreis. Alternativ oder zusätzlich wird der Energieeintrag in zumindest einen der Heizkreise reduziert.
Liegt in Schritt S3 die gemessene aktuelle Garraumtemperatur Tg nicht mehr unter dem ersten Aufheiz-Temperaturschwellwert Tauf_1 ("N"), wird zu Schritt S8 verzweigt. In Schritt S8 versucht der Regler 6 auf grundsätzlich bekannte Weise, die Heizleistung der Garraum-Wärmestrahler unter Nutzung der Leistungsfaktoren B so einzustellen, dass die Garraumtemperatur Tg auf Tziel_1 eingeregelt wird. Der Regler 6 kann dazu als PID- Regler ausgebildet sein, dessen Reglersignal (das z.B. ein PWM-Signal zum Ein- und Ausschalten der unter Nutzung der Leistungsfaktoren B noch betriebenen bzw. bestrom- ten Garraum-Wärmestrahler 7 bis 9 sein kann) als Stellgröße von Tg und Tziel_1 abhängt, insbesondere von der Regeldifferenz zwischen Tg und Tziel_1. Insbesondere kann ein Tastgrad umso geringer sein, je geringer diese Differenz ist.
Liegt analog zu Schritt S3 in Schritt S6 die gemessene aktuelle Garraumtemperatur Tg nicht mehr unter dem zweiten Aufheiz-Temperaturschwellwert Tauf_2 ("N"), wird zu Schritt S9 verzweigt. In Schritt S9 versucht der zweite Regler 13 auf grundsätzlich bekannte Weise, die Heizleistung der Heizkreise unter Nutzung der Leistungsfaktoren B* so einzustellen, dass die Garraumtemperatur Tg auf Tziel_2 eingeregelt wird. Auch der Regler 13 kann dazu als PID-Regler ausgebildet sein, dessen Reglersignal (das z.B. ein PWM-Signal zum Ein- und Ausschalten der unter Nutzung der Leistungsfaktoren B* noch betriebenen bzw. bestromten Heizelemente 12 des Dampferzeugers 11 sein kann) von Tg und Tziel_2 abhängt, insbesondere von der Regeldifferenz zwischen Tg und Tziel_2. Insbesondere kann ein Tastgrad umso geringer sein, je geringer diese Differenz ist. Je höher der Tastgrad ist, desto mehr Dampf wird erzeugt.
In Schritt S10 wird überprüft, ob eine oder mehrere Abbruchbedingungen für den Dampfgarbetrieb erfüllt sind, z.B. ob eine vorgegebene Gardauer erreicht worden ist und/oder eine vorgegebene Kerntemperatur des garenden Garguts erreicht worden ist, usw. Ist dies nicht der Fall ("N"), werden die Regelschritte S8 und S9 weitergeführt.
Ist dies jedoch der Fall ("J"), wird in einem Schritt S11 der Dampfgarbetrieb beendet, z.B. indem das Dampfgargerät 1 ausgeschaltet wird, in einen Betrieb ohne Dampfzugabe wie einen Warmhalte- oder einen Nachgarbetrieb übergegangen wird, usw.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw. Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
Bezugszeichenliste
1 Dampfgargerät
2 Garraum
3 Tür
4 Steuereinrichtung
5 Garraum-Temperatursensor
6 Erster Regler
7 Oberhitze-Heizkörper
8 Unterhitze-Heizkörper
9 Ringheizkörper
10 Heißluftsystem
11 Dampferzeuger
12 Heizelement
13 Zweiter Regler
S1 - S11 Verfahrensschritte
T auf_1 Erster Aufheiz-T emperaturschwellwert
T auf_1 Zweiter Aufheiz-T emperaturschwellwert
Tg Gemessene Garraumtemperatur
Tgs Für die Mitte des Garraums vorgegebene Soll-Garraumtemperatur
Tsw_1 Erster Umschalt-Temperaturschwellwert
Tsw_1 Zweiter Umschalt-Temperaturschwellwert
Tziel_1 Erster Regler-Zielwert
Tziel_2 Zweiter Regler-Zielwert

Claims

PATENTANSPRÜCHE Dampfgargerät (1), aufweisend
- einen drucklosen Garraum (2),
- mindestens einen Garraum-Wärmestrahler (7-9) zum Erhitzen des Garraums (2),
- einen Garraum-Temperatursensor (5) zum Abfühlen einer Garraumtemperatur (Tg),
- einen Dampferzeuger (11) mit mindestens einem Heizelement (12) zum Erhitzen von Wasser zu Dampf, mit dem der Garraum (2) beaufschlagbar ist,
- mindestens einen ersten Regler (6) zum Ansteuern mindestens eines Garraum- Wärmestrahlers (7-9), und
- mindestens einen zweiten Regler (13) zum Ansteuern des mindestens eines Heizelements (12) des Dampferzeugers (11), wobei das Dampfgargerät (1) zumindest während einer Regelphase dazu eingerichtet ist,
- als eine Regelgröße des mindestens einen ersten Reglers (6) die Garraumtemperatur (Tg) und als seine Führungsgröße einen ersten Regler-Zielwert (Tziel_1) zu verwenden,
- als eine Regelgröße des mindestens einen zweiten Reglers (13) die Garraumtemperatur (Tg) und als seine Führungsgröße einen zweiten Regler-Zielwert (Tziel_2) anzunehmen, wobei
- der erste Regler-Zielwert (Tziel_1) gleich oder größer als der zweite Regler- Zielwert (Tziel_2) ist. Dampfgargerät (1) nach Anspruch 1, bei dem der erste Regler-Zielwert (Tziel_1) bis zu 5 °C größer als der zweite Regler-Zielwert (Tziel_2) ist. Dampfgargerät (1) nach Anspruch 2, bei dem der erste Regler-Zielwert (Tziel_1) größer als der zweite Regler-Zielwert (Tziel_2) ist, insbesondere zwischen 1 °C bis 4 °C größer. 4. Dampfgargerät (1) nach Anspruch 3, bei dem der erste Regler-Zielwert 3 °C (Tziel_1) größer ist als der zweite Regler-Zielwert (Tziel_2) ist.
5. Dampfgargerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Regler-Zielwert (Tziel_1) und der zweite Regler-Zielwert (Tziel_2) abhängig von einer Soll-Garraumtemperatur (Tgs) sind.
6. Dampfgargerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Soll- Garraumtemperatur (Tgy) oberhalb einer Siedetemperatur von Wasser liegt.
7. Dampfgargerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Dampfgargerät (1) dazu eingerichtet ist, den Garraum (2) zum Beginn eines Dampfgarbetriebs aufzuheizen und folgend in die Regelphase überzugehen.
8. Dampfgargerät (1) nach Anspruch 7, wobei die Aufheizphase mehrere Teilphasen aufweist und das Dampfgargerät (1) dazu eingerichtet ist, eine in den mindestens einen Garraum-Wärmestrahler (7-9) eingebrachte Heizleistung und/oder eine das mindestens eine Heizelement des Dampfgargeräts (1) eingebrachte Heizleistung bei Übergang auf folgende Teilphasen sukzessive zu verringern.
9. Dampfgargerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zum Durchführen des Dampfgarbetriebs zumindest abschnittsweise ein Garraum- Wärmestrahler in Form eines Unterhitze-Heizkörpers (8) aktiviert wird, insbesondere während einer Aufheizphase.
10. Verfahren zum Betreiben eines Dampfgargeräts (1) nach einem der einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- der mindestens eine erste Regler (6) mindestens einen Garraum-Wärmestrahler (7-9) beruhend auf der Garraumtemperatur (Tg) als Regelgröße und dem ersten Regler-Zielwert (Tziel_1) als Führungsgröße ansteuert und
- der mindestens eine zweite Regler (13) mindestens ein Heizelement (12) des Dampferzeugers (11) beruhend auf der Garraumtemperatur (Tg) als Regelgröße und dem zweiten Regler-Zielwert (Tziel_2) als Führungsgröße ansteuert.
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