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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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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.
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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.
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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.
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Es ist eine Weiterbildung, dass das Dampfgargerät ein Haushalts-Dampfgargerät ist.
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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.
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Unter einem drucklosen Garraum wird insbesondere ein Garraum verstanden, in dem kein oder kein merklicher Überdruck aufgebaut wird oder werden kann.
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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.
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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.
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Der Garraum-Temperatursensor kann z.B. ein Ptxxxx (z.B. Pt500 oder Pt1000) - Thermofühler sein.
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Dass der Garraum mit dem Dampf beaufschlagbar ist, umfasst, dass der Dampferzeuger Dampf erzeugt, welcher den Garraum füllt.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Wie bereits oben ausgeführt, gilt Tziel_2 = Tziel_1 - [0 °C; 5°C], insbesondere Tziel_2 = Tziel_1 - 3°C.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Typischerweise gilt Tziel_1 > Tauf_1 > Tsw_1 und Tziel_2 > Tauf_2 > Tsw_2.
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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.
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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.
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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.
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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 Verfahren kann analog zu dem Dampfgargerät ausgebildet werden und weist die gleichen Vorteile auf.
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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.
- 1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Skizze eines Dampfgargeräts;
- 2 zeigt einen möglichen Ablauf eines „Superheated Steam“-Betriebs des Dampfgargeräts; und
- 3 zeigt eine detailliertere Darstellung eines Ablaufschritts des Ablaufs aus 2.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Obwohl die Regler 6, 13 hier als eigenständige Komponenten des Dampfgargeräts 1 eingezeichnet sind, können sie auch in die Steuereinrichtung 4 integriert sein.
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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.
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2 zeigt einen möglichen Ablauf eines Superheated Steam“-Dampfgarbetriebs des Dampfgargeräts 1.
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In einem Schritt S0 wird das Verfahren gestartet.
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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 S0 und S1 können auch in umgekehrter Reihenfolge oder gleichzeitig ausgeführt werden.
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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.
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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.
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Typischerweise gilt Tziel_1 > Tauf_1 > Tsw_1 und Tziel_2 > Tauf_2 > Tsw_2.
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Vorliegend gilt ferner, dass Tziel_2 = Tziel_1 - [0 °C; 5°C] gilt, insbesondere Tziel_2 = Tziel_1 - 3°C.
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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.
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Ist dies der Fall („J“), wird zu Schritt S5 verzweigt. 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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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. bestromten 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.
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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.
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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.
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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.
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Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
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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.
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Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 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
- Tauf_1
- Erster Aufheiz-Temperaturschwellwert
- Tauf_1
- Zweiter Aufheiz-Temperaturschwellwert
- 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
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1855058 A1 [0002]
- EP 2789918 A1 [0003]
- EP 2993416 B1 [0004]