GAS-FIRED BAKING OVEN WITH AN IMPELLER

Abstract: 1. A gas-fired baking oven with an impeller (10) arranged at the rear wall (5) of said oven for circulating a mixture of products of combustion and air in the oven chamber (4) of said oven said mixture being guided by plates (2, 3) and incorporating a gas burner (1) consisting of an injector (11), a burner mixing tube (13) and a burner throat (14) arranged in a combustion chamber (6) below the bottom plate of said oven chamber (4), characterized in that said combustion chamber (6) is sealed to prevent the direct ingress of external air and in that at least the inlet orifice (12) of said burner mixing tube (13) and said injector (11) of said gas burner (1) combusting a fuel-lean mixture of fuel gas and combustion air by known methods are housed in an intake chamber (7) with air inlet openings (8) and at least one pressure equalization opening (9) between said intake chamber (7) and said combustion chamber (6) and in that a distributing device (15) is arranged inside said burner throat (14), said burner throat being covered by a grid (16) and in that shielding plates (17) are arranged along the sides of said burner throat (14) and in that the cross section of said air inlet openings (8) is 150 mm**2 to 350 mm**2 and preferably 250 mm**2 for each kilowatt of rated burner heat input.

Description: Gasbeheizter Backofen mit Umwälzventilator Die Erfindung betrifft gattungsgemäss einen gasbeheizten Backofen mit einem an der Rückwand des Backofens angeordneten Umwälzventilator, der die Zirkulation eines Abgas Luft-Gemisches durch den Backraum bewirkt und in dessen Einflussbereich sich Führungsbleche für das Abgas-Luft Gemisch befinden, und einem aus Gasdüse, Mischrohr und Brennerrohr bestehenden Gasbrenner, der unter dem Bodenblech des Backraumes in einem Brennraum angeordet ist. Die bisher üblichen gattungsgemässen Backöfen mit Umwälzventilator werden mit unterstöchiometrisch arbeitenden Vormischbrennern beheizt, bei denen die sog. Primärluft, die allein zur vollständigen Verbrennung nicht ausreicht, hinter der Gasdüse vom Gasstrahl angesaugt wird und die sog. Sekundärluft in die entstehenden Flammen diffundiert. Der Luftzutritt zum Verbrennungsraum erfolgt bei diesen Brennern bzw. Backöfen durch eine Vielzahl von öffnungen mit einem grossen Gesamtquerschnitt. Infolge dessen ist die Sekundärluftmenge bei diesen Brennern bzw. Backöfen nicht regel- bzw. steuerbar. Da die Sekundärluftmenge schon bei Vollast verhältnismässig gross sein muss, damit die Verbrennung vollständig abläuft und weil wegen der konstanten Sogwirkung des Ventilators sowie des praktisch konstanten Auftriebs bei Verringerung der Wärmebelastung, d. h. bei Teillast, die Sekundärluftmenge noch grösser wird, ist der Gesamtluftdurchsatz durch den Backofen sehr gross und der Wirkungsgrad allgemein verhältnismässig schlecht. Um den Brennstoff optimal auszunutzen, besteht daher der Wunsch, den Voll- und den Teillastwirkungsgrad zu erhöhen. Da das Abgas des Brenners direkt mit dem Backgut in Kontakt kommt, besteht ausserdem das Bedürfnis, den Schadstoffgehalt, insbesondere den Stickstoffoxid-Gehalt des Abgases soweit wie möglich zu verringern. Es ist bekannt, dass sich durch überstöchiometrische Betriebsweise eines Gasbrenners - d. h. z. B. dadurch, dass allein der Gasstrahl die stöchiometrische Verbrennungsluftmenge sowie eine geringe Überschussmenge ansaugt, wobei vor der Verbrennung Verbrennungsgas und Verbrennungsluft homogen miteinander gemischt werden - ein äusserst geringer Stickstoffoxid (NOx )-Gehalt im Abgas erreichen lässt. Ausserdem kann mit derartigen Brennern ein hoher Wirkungsgrad bei Voll- und Teillast erreicht werden, weil der Brenner selbst immer optimal mit etwa gleicher Luftzahl überstöchiometrisch arbeitet. Es ist jedoch noch kein gattungsgemässer Backofen bekannt, der durch einen Gasbrenner beheizt wird, der eine überstöchiometrische Betriebsweise mit den oben aufgezählten Vorteilen gestattet. Die bisher bekannten Brennerkonstruktionen zur Backofenbeheizung sind für eine derartige Betriebsweise nicht geeignet. Die bekannten konstruktiven Merkmale überstöchiometrisch vormischender Brenner, z. B. Kochstellenbrenner, sind für sich allein nicht für die Ausführung von Umluft-Backofen Brennern anwendbar, weil die Luftzufuhr zum Gasbrenner durch den Ventilatorsog beeinflusst wird und weil an solche Brenner die Forderung gestellt wird, dass sie auch bei Ausfall oder vorübergehender Ausserbetriebnahme des Ventilators, z. B. beim Öffnen der Backofentür, einwandfrei arbeiten müssen. Aufgabe der Erfindung ist es demgemäss, einen gattungsgemässen gasbeheizten Backofen zu schaffen, dessen Brenner eine ungestörte überstöchiometrische Betriebsweise ermöglicht, um damit die bekannten Vorteile wie NOx-armes Abgas, einen grossen Regelbereich und einen hohen Wirkungsgrad im Voll- und Teillastbereich zu erzielen. Der Brenner soll unabhängig vom Betrieb des Umwälzventilators optimal arbeiten und konstruktiv einfach aufgebaut sein. Die Erfindungsaufgaben werden gelöst durch die in den Ansprüchen 1 bis 3 genannten Merkmale. Die Erfindung lehrt zunächst, dass der Brennraum gegen unmittelbaren Luftzutritt von aussen geschlossen ist, dass mindestens die Eintrittsöffnung des Mischrohres und die Gasdüse des in bekannter Weise mit überstöchiometrischer Luftvormischung betriebenen Gasbrenners sich in einem Ansaugraum befinden, der Luftzutrittsöffnungen sowie mindestens eine Druckausgleichsöffnung zwischen dem Ansaugraum und dem Brennraum besitzt, dass das im Brennraum befindliche Brennerrohr im Inneren eine Verteilvorrichtung besitzt und auf der Oberseite ein Flammengitter aufweist, dass seitlich am Brennerrohr Abschirmbleche verlaufen, und dass der freie Durchtrittsquerschnitt der Luftzutrittsöffnungen etwa 150 mm2 bis 350 mm2, vorzugsweise 250 mm2, pro kW Nennwärmebelastung des Brenners beträgt. Durch die Kapselung mindestens der Eintrittsöffnung des Mischrohres und der Gasdüse wird erreicht, dass in das Mischrohr nur die in den Ansaugraum eintretende reine Luft eingesogen werden kann. Durch die der Nennwärmebelastung des Brenners entsprechend dimensionierten Luftzutrittsöffnungen gelangt nur eine bestimmte Gesamtluftmenge in den Ansaugraum und damit in den Ansaugbereich des Injektors. Ein in jeder Beziehung einwandfreier, optimaler Betrieb des überstöchiometrisch vormischenden Brenners ohne Beeinflussung durch den Auftrieb des Abgases und die Sogwirkung des Ventilators wird erreicht durch die Druckausgleichsöffnung zwischen Ansaug- und Brennraum, die gewährleistet, dass an der Ansaugöffnung des Mischrohres und am Brennerrohr annähernd der gleiche Druck herrscht. - Nur unter solchen Bedingungen arbeitet dieser Brenner selbst bei unterschiedlicher Wärmebelastung mit annähernd konstanter Luftzahl unter Bildung eines NOx -armen Abgases. Die Funktion des Erfindungsgegenstandes und seine vorteilhafte Ausgestaltung werden nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen schematisch Fig. 1 einen seitlichen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Backofen, Fig. 2 eine vergrösserte Ansicht gemäss Schnitt A - B in Fig. 1. Der dargestellte Backofen kann z. B. Bestandteil eines Gasherdes sein, aber auch als selbständige Einbaueinheit Anwendung finden. Im Backofengehäuse befindet sich unterhalb des Backraumes 4 der Brennraum 6, in dem die Verbrennung stattfindet. An der Rückwand 5 des Backofens ist der Umwälzventilator 10 angeordnet, in dessen Einflussbereich sich Führungsbleche 2 und 3 befinden, die sich nicht über die gesamte Breite des Backraumes erstrecken. Das aus dem Brennraum bzw. dem Backraum vom Umwälzventilator 10 angesaugte Abgas-Luft-Gemisch strömt seitlich an den Führungsblechen 2 und 3 vorbei bzw. durch Bohrungen 25 sowie weitere nicht dargestellte Öffnungen im Führungsblech 3, so dass auf diese Weise unter Einfluss des Ventilators eine Zirkulation des Abgas-Luft-Gemisches durch den Backraum erzeugt wird. Der Ventilator 10 mischt so das vom Brennraum 6 über den Kanal 20 zwischen den Führungsblechen 2 und 3 kommende Abgas b.uft-Gemisch zu dem im Backraum zirkulierenden Gemisch hinzu. Der Überschuss strömt infolge des Auftriebs weiter zum Abgasaustritt 24. Eine direkte Förderung des Abgas-Luft-Ge-: misches durch den Umwälzventilator zum Abgasaustritt wird durch ein Widerstandsblech 22 verhindert. Zur weiteren Verringerung des Einflusses des Ventilators auf den Gesamtluftdurchsatz des Backofens befindet sich im Backraumboden eine der Ventilatorleistung und dem Querschnitt des Kanals 20 angepasste öffnung 21. Der Brenner 1 besteht aus einer Gasdüse 11, einem konischen Mischrohr 13 mit Eintrittsöffnung 12 und einem sich anschlie ssenden rechtwinklig zum Mischrohr liegenden Brennerrohr 14. Auf der Oberfläche des Brennerrohres 14 befindet sich ein gewölbtes Flammengitter 16, das hier als Streckmetallgitter ausgebildet ist. Andere Ausführungen des Flammengitters, z. B. perforiertes Blech, sind ebenfalls möglich. Der hydraulische Durchmesser der Gemischdurchtrittsöffnungen 18 soll bei allen Ausführungsformen nicht grösser als 1,1 mm sein. Im Inneren des Brennerrohres ist eine Verteilvorrichtung 15 angebracht, die hier als sich -parallel zum Flammengitter 16 erstreckendes Verteilgitter ausgebildet ist, das zur gleichmässigen Verteilung des Gemisches auf das Flammengitter 16 beiträgt, so dass sich eine gleichmässige Flammenfront ausbildet. Zum Schutz des Bodenbleches des Backraumes 4 vor Überhitzung und um eine gleichmässige Wärmeverteilung im Backraum zu erreichen, ist oberhalb des Brennerrohres 14 ein Schutzblech 23 angebracht. Zu beiden Seiten des Brennerrohres 14 verlaufen Abschirmbleche 17, die zur Stabilisierung der Flammen und zu deren Schutz gegen Fremdluftzutritt beitragen. Die gesamte an der Verbrennung beteiligte Luftmenge wird vom Gasstrahl in das Mischrohr 13 gesaugt. Eine genügend grosse Luftzufuhr wird bekanntermassen z. B. dadurch gewährleistet, dass der engste Durchmesser des Mischrohres 13 etwa das 15fache des Gasdüsen-Durchmessers beträgt. Da der Luftdurchsatz bald nach der Zündung des Brenners infolge des sich durch die Erhitzung vergrössernden Strömungswiderstandes am Flammengitter zurückgeht, ist es vorteilhaft, nach der Zündung des Brenners das Brenngas vor dessen Austritt aus der Gasdüse zu erwärmen, da damit eine von der Gastemperatur bzw. der dadurch bewirkten Verringerung der Gasdichte abhängige Veränderung des Gasmengendurchsatzes bewirkt wird. Infolgedessen bleibt die Luftzahl, d. h. das Verhältnis der durch das Mischrohr zum Brenner strömenden Gas- und Luftmenge während des Brennerbetriebes etwa konstant auf dem gleichen Wert wie bei der Zündung. Die Gaszuführungsleitung 19 wird deshalb derart durch das Backofengehäuse, z. B. wie dargestellt an der Rückwand des Backofens entlanggeführt, dass die Temperatur der Leitung im Betriebszustand mindestens 1000 C und höchstens 300 OC beträgt. - Die Gastemperatur soll 3000 C nicht überschreiten, um eine Zersetzung von Komponenten des Brenngases zu vermeiden. Vorteilhafterweise kann an Stelle der Gasvorwärmung oder zusätzlich am Ende des Mischrohres eine nicht dargestellte Bimetall-gesteuerte Kaltstartklappe eingebaut werden, die im Anfahrzustand dem Gas-Luft-Gemisch einen zusätzlichen Strömungswiderstand entgegensetzt, so dass die Luftzahl beim Start des Brennerbetriebes etwa gleichgross ist wie im Beharrungszustand. Die Eintrittsöffnung 12 des Mischrohres 13 und die Gasdüse 11 liegen im Ansaugraum 7, in dessen Boden sich vor dem Mischrohr zehn runde Luftdurchtrittsöffnungen 8 befinden, deren freier Durchtrittsquer 2 schnitt zusammen etwa 250 mm pro kW Nennwärmebelastung beträgt. - Zahl, Anordnung und Form der Luftdurchtritts öffnungen können auch anders gewählt werden. Ausserdem kann der Ansaugraum auch einen grösseren Bereich des Mischrohres oder sogar das gesamte Mischrohr umschliessen. Der Ansaugraum 7 ist mit dem Brennraum 6 über die beispielsweise schlitzförmige Druckausgleichsöffnung 9 verbunden, die dafür sorgt, dass der vom Auftrieb und vom Umwälzventilator bewirkte Sog bzw. Unterdruck sich nicht nur auf das Brennerrohr 14, sondern in gleicher Weise auf den Ansaugraum 7 auswirkt.

Claims: Ansprüche 1. Gasbeheizter Backofen mit einem an der Rückwand des Backofens angeordneten Umwälzventilator, der die Zirku lation eines Abgas-Luft-Gemisches durch den Backraum bewirkt und in dessen Einflussbereich sich Führungsbleche für das Abgas-Luft-Gemisch befindenrund einem aus Gas düse, Mischrohr und Brennerrohr bestehenden Gasbrenner, der unter dem Bodenblech des Backraumes in einem Brenn raum angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennraum (6) gegen unmittelbaren Luftzutritt von aussen geschlossen ist, dass mindestens die Ein trittsöffnung (12) des Mischrohres (13) und die Gasdüse (11) des in bekannter Weise mit überstöchio metrischer Luftvormischung betriebenen Gasbrenners (1) sich in einem Ansaugraum (7) befinden, der Luftzutritts öffnungen (8) sowie mindestens eine Druckausgleichsöffnung (9) zwischen dem Ansaugraum (7) und dem Brennraum (6) besitzt, dass das im Brennraum befindliche Brennerrohr (14) im Inneren eine Verteilvorrichtung (15) besitzt und auf der Oberseite ein Flammengitter (16) aufweist, dass seitlich am Brennerrohr (14) Abschirmbleche (17) verlaufen, und dass der freie Durchtrittsquerschnitt der Luftzutrittsöffnungen (8) etwa 150 mm2 bis 350 mm2, vorzugsweise 250 mm2, pro kW Nennwärmebelastung des Brenners beträgt. 2. Backofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Durchmesser der Gemischdurchtritts öffnungen (18) des Flammengitters (16) nicht grösser als 1,1 mm ist. 3. Backofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführungsleitung (19) derart durch das Backofengehäuse geführt wird, dass die Tem peratur der Leitung im Betriebszustand mindestens 1000 C und höchstens 300 OC beträgt.

Inventors: HANSELMANN, DIETER, ING. GRAD., PANEK, HERBERT, SOMMERS, HANS, DIPL.-ING.
Applicants: RUHRGAS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1982
Main classification: A21B1
IPC codes: F24C3, A21B3, F24C15, A21B1