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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Gargeräts mit einer Dampferzeugungseinheit. Das Gargerät weist einen Garraum auf, in dem Wasserdampf verwendet werden kann, der mittels der Dampferzeugungseinheit erzeugbar ist, indem der Dampferzeugungseinheit ein Volumenstrom an flüssigem, zu verdampfendem Wasser zugeführt wird und das flüssige Wasser zumindest teilweise in Wasserdampf überführt wird.
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Ferner ist die Erfindung auf ein Gargerät mit einer Dampferzeugungseinheit gerichtet. Das Gargerät weist einen Garraum auf, in dem Wasserdampf verwendet werden kann, der mittels der Dampferzeugungseinheit erzeugbar ist, indem der Dampferzeugungseinheit über einen Wasseranschluss ein Volumenstrom an flüssigem, zu verdampfendem Wasser zugeführt wird und das flüssige Wasser zumindest teilweise in Wasserdampf überführt wird.
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Solche Verfahren und Gargeräte sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei kann es sich beim Gargerät um ein Dampfgargerät oder um einen sogenannten Kombidämpfer handeln, der sowohl die Funktionalität eines Dampfgargeräts als auch eines Heißluftofens aufweist. Dabei ist es unerheblich, ob die Dampferzeugungseinheit räumlich ins Gargerät integriert ist oder extern ans Gargerät angeschlossen ist.
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In diesem Zusammenhang sind beispielsweise auch Dampferzeugungseinheiten bekannt, die als sogenannte Einspritzer ausgeführt sind. Dabei wird flüssiges Wasser auf eine beheizte Oberfläche innerhalb des Garraums aufgebracht und verdampft. Es kann somit der Garraum mit der beheizten Oberfläche als Dampferzeugungseinheit angesehen werden, die offensichtlich ins zugehörige Gargerät integriert ist.
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Darüber hinaus wird vorliegend unter einem Volumenstrom an flüssigem, zu verdampfendem Wasser eine Wassermenge verstanden, die der Dampferzeugungseinheit innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls zugeführt wird.
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Aus der
DE 600 18 118 T2 ist ein Dampfgarer bekannt, der einen Zerstäuber aufweist, mit dem Wasser auf ein Heizelement geleitet werden kann, um das Wasser zu verdampfen.
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Aus der
DE 197 18 399 A1 ist ein Kombidämpfer bekannt, bei dem ein Garprozess in Abhängigkeit von einem Wert einer Ableitung einer Garzustandsgröße nach der Zeit während des Garprozesses geführt wird.
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Aus der 10 2014 109 727 A1 ist ein Gargerät mit einem Garraum und einer Dampferzeugereinrichtung bekannt. Die Dampferzeugungsvorrichtung kann mit Wasser befüllt werden, das verdampft wird. Das Gargerät ist so ausgeführt, dass ein Teil des Bodens des Garraums als Verdampfungsfläche genutzt werden kann.
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Aus der
DE 10 2014 207 966 A1 ist ein Kombinationsofen mit Dampf- und Konvektionswärme bekannt, der zwei verschiedene Spitzenleistungsmodi für das Dampfgaren aufweisen. Ein Temperatursensor zum Messen der Temperatur in einem Bereich des Ofens kann genutzt werden, um die vollständige Füllung des Ofens mit Dampf zu ermitteln. Die Temperatur des Temperatursensors wird mit verschiedenen Temperaturschwellenwerten verglichen, die von der ausgewählten Spitzenleistung abhängen, so dass die Temperatur zum Bestimmen der Dampffüllung für verschiedene Spitzenleistungspegel verwendet werden kann.
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Aus der
DE 10 2014 112 592 A1 ist ein Gargerät mit einer Dampferzeugereinrichtung und einer Mikrowelleneinrichtung bekannt. Der Dampfauslass ist im Wesentlichen mikrowellendicht ausgestaltet, wobei dem Dampfauslass eine Sensoreinrichtung zugeordnet ist, die durch die Garraumwandung hindurchgeführt und im Wesentlichen mikrowellendicht an der Garraumwandung aufgenommen ist.
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Aus der
DE 20 2006 019 657 U1 ist ein Gargerät bekannt, das in einem Dampfentwicklungs-Betrieb zumindest für den Klimaaustritt eine Öffnung mit Leitung nach außen aufweist, wobei in der Leitung ein Thermofühler installiert ist und indem an der Mündung der Leitung in den Garraum zumindest ein Anströmwiderstand angebracht ist und mit einer Gerätesteuerung, die nach dem durch den Fühler gemessenen Wert die Dampfentwicklung ein- und ausschaltet.
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Aus der
DE 10 2017 111 249 A1 ist ein Verfahren zum Bestimmen des Verschmutzungsgrades eines Innenraums eines Gargeräts bekannt, wobei eine physikalische Größe einer Flüssigkeit mit der Zeit mittels eines Sensors wird und der Verschmutzungsgrad des Innenraums aus der Veränderung der physikalischen Größe bestimmt wird. Um Gargeräte der eingangs genannten Art wirtschaftlich betreiben zu können, kommt es darauf an, zu jedem Betriebszeitpunkt im Garraum ein gewünschtes Klima mit dem geringstmöglichen Einsatz von Energie und Wasser zu erreichen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Gargerät anzugeben, das effizient betreibbar ist, ohne dabei Kompromisse bei der Garqualität in Kauf nehmen zu müssen.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:
- a) Erfassen eines Verlaufs eines Klimakennwerts im Garraum über der Zeit, und
- b) Einstellen des Volumenstroms an flüssigem, zu verdampfendem Wasser in Abhängigkeit einer Änderung einer Steigung des Klimakennwerts im Verlauf des Klimakennwerts über der Zeit.
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In diesem Zusammenhang kann das Einstellen des Volumenstroms ein Vergrößern, ein Verkleinern oder ein Beibehalten sein. Dabei kann der Volumenstrom im Sinne einer Steuerung oder im Sinne einer Regelung, d.h. mit Rückkoppelung eines Messwerts des tatsächlichen Volumenstroms, eingestellt werden.
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Die dem Verfahren zugrundeliegende Idee besteht dabei darin, dass ein gewünschter Klimakennwert, der für ein gewünschtes Klima im Garraum charakteristisch ist, dann am schnellsten erreicht wird, wenn ein Verlauf des Klimakennwerts über der Zeit betragsmäßig maximal in Richtung eines zugeordneten Soll-Werts ansteigt und/oder eine Steigung durch Variation des Volumenstroms an flüssigem, zu verdampfendem Wasser betragsmäßig nicht weiter gesteigert werden kann. Für den Fall, dass der Soll-Wert unterhalb eines zugeordneten aktuellen Klimawerts liegt, muss die Steigung also maximal negativ sein. Falls der Soll-Wert oberhalb eines aktuellen Klimawerts liegt, muss die Steigung maximal positiv sein. In beiden Fällen ergibt sich eine maximale Annäherungsgeschwindigkeit an den Soll-Wert.
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Gemäß einer Ausführungsform wird der Volumenstrom an flüssigem, zu verdampfendem Wasser in eine erste Richtung geändert. Sofern aus der Änderung in die erste Richtung eine Vergrößerung der Steigung des Klimakennwerts über der Zeit resultiert, wird der Volumenstrom an flüssigem, zu verdampfendem Wasser erneut in die erste Richtung geändert. Sofern aus der Änderung in die erste Richtung eine Verkleinerung der Steigung des Klimakennwerts über der Zeit resultiert, wird der Volumenstrom an flüssigem, zu verdampfendem Wasser anschließend in eine zweite Richtung geändert, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Sofern aus der Änderung in die erste Richtung eine gleichbleibende Steigung des Klimakennwerts über der Zeit resultiert, wird der Volumenstrom an flüssigem, zu verdampfendem Wasser verringert. Diese Verfahrensvariante wird verwendet, wenn ein Soll-Wert des Klimakennwerts oberhalb eines zugehordneten aktuellen Klimawerts liegt. Es wird dabei initial eine Änderung des Volumenstroms an flüssigen, zu verdampfenden Wasser vorgenommen. Die Richtung dieser Änderung kann eine Vergrößerung oder eine Verkleinerung sein. Die Richtung der Änderung wird beibehalten, sofern sich eine Vergrößerung der Steigung des Klimakennwerts über der Zeit ergibt, der Klimakennwert sich gegenüber einem Ausgangszustand also über der Zeit stärker vergrößert. Damit wird ein Soll-Wert des Klimakennwerts schneller, d.h. mit höherer Annäherungsgeschwindigkeit, erreicht. In diesem Zusammenhang wird auch von einer Vergrößerung der Steigung gesprochen, wenn eine negative Steigung weniger negativ wird, d.h. sich in Richtung null verändert. In diesem Zusammenhang ist vorteilhaft, dass ein tatsächlicher Volumenstrom nicht ermittelt werden muss. Selbst für den Fall, dass vor der initialen Änderung des Volumenstroms dieser bereits die optimale Größe hat, die zum maximal schnellen Erreichen des Soll-Werts des Klimakennwerts führt, ist die Ausführung der genannten Verfahrensschritte sinnvoll, um zu überprüfen, ob dieser Soll-Wert auch mit einem kleineren Volumenstrom an flüssigem, zu verdampfenden Wasser erreicht werden kann, das Gargerät also effizienter betrieben werden kann.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird der Volumenstrom an flüssigem, zu verdampfendem Wasser in eine erste Richtung geändert. Sofern aus der Änderung in die erste Richtung eine Verkleinerung der Steigung des Klimakennwerts über der Zeit resultiert, wird der Volumenstrom an flüssigem, zu verdampfendem Wasser erneut in die erste Richtung geändert. Sofern aus der Änderung in die erste Richtung eine Vergrößerung der Steigung des Klimakennwerts über der Zeit resultiert, wird der Volumenstrom an flüssigem, zu verdampfendem Wasser anschließend in eine zweite Richtung geändert, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Sofern aus der Änderung in die erste Richtung eine gleichbleibende Steigung des Klimakennwerts über der Zeit resultiert, wird der Volumenstrom an flüssigem, zu verdampfendem Wasser verringert. Diese Verfahrensvariante wird verwendet, wenn ein Soll-Wert des Klimakennwerts unterhalb eines zugehörigen, aktuellen Klimawerts liegt. Es wird wieder initial eine Änderung des Volumenstroms an flüssigen, zu verdampfenden Wasser vorgenommen. Die Richtung dieser Änderung kann wieder eine Vergrößerung oder eine Verkleinerung sein. Die Richtung der Änderung wird beibehalten, sofern sich eine Verkleinerung der Steigung des Klimakennwerts über der Zeit ergibt, der Klimakennwert sich gegenüber einem Ausgangszustand also über der Zeit stärker verkleinert. Damit wird der Soll-Wert des Klimakennwerts schneller, d.h. mit höherer Annäherungsgeschwindigkeit, erreicht. Auch in diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, dass ein tatsächlicher Volumenstrom nicht ermittelt werden muss. Selbst für den Fall, dass vor der initialen Änderung des Volumenstroms dieser bereits die optimale Größe hat, die zum maximal schnellen Erreichen des Soll-Werts des Klimakennwerts führt, ist die Ausführung der genannten Verfahrensschritte sinnvoll, um zu überprüfen, ob dieser Soll-Wert auch mit einem kleineren Volumenstrom an flüssigem, zu verdampfenden Wasser erreicht werden kann, das Gargerät also effizienter betrieben werden kann.
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Dabei kann die Richtung der initialen Änderung des Volumenstroms an flüssigem, zu verdampfendem Wasser in Abhängigkeit einer Historie des Klimakennwerts im Garraum und/oder in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebszustands des Gargeräts bestimmt werden. Der Soll-Wert des Klimakennwerts kann auf diese Weise vergleichsweise schnell eingestellt werden.
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Bevorzugt wird ein Betrag der Änderung des Volumenstroms an flüssigem, zu verdampfendem Wasser ebenso in Abhängigkeit einer Historie des Klimakennwerts im Garraum und/oder in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebszustands des Gargeräts bestimmt. Dies führt dazu, dass der Soll-Wert unter den gegebenen Randbedingungen maximal schnell realisiert wird. Dabei kann die Änderung des Volumenstroms in Absolutwerten angegeben werden oder in Form eines Anteils eines aktuell vorhandenen Volumenstroms. Beispielsweise beträgt die Änderung des Volumenstroms 0,5 % bis 5 % des im Ausgangszustand vorhandenen Volumenstroms.
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Auch ein initial der Dampferzeugungseinheit zugeführter Volumenstrom an flüssigem, zu verdampfendem Wasser kann in Abhängigkeit einer Historie des Klimakennwerts im Garraum und/oder in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebszustands des Gargeräts bestimmt werden. Dies führt ebenfalls dazu, dass der Soll-Wert unter den gegebenen Randbedingungen innerhalb einer vergleichsweise geringen Zeit erreicht wird.
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Der Klimakennwert kann eine relative Luftfeuchtigkeit, eine absolute Luftfeuchtigkeit oder eine Garraumtemperatur sein. Es lässt sich also mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Soll-Wert der relativen Luftfeuchtigkeit, der absoluten Luftfeuchtigkeit bzw. der Garraumtemperatur vergleichsweise schnell und zuverlässig erreichen.
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Das Verfahren nutzt hierfür die folgenden Effekte aus. In einem Fall, in dem bei gegebenen Randbedingungen, insbesondere bei einer gegebenen Heizleistung einer Heizeinheit der Dampferzeugungseinheit, der Dampferzeugungseinheit ein zu geringer Volumenstrom an flüssigem, zu verdampfendes Wasser zur Verfügung steht, nimmt eine Steigung der relativen Luftfeuchtigkeit über der Zeit ab. Mit anderen Worten steht in einem solchen Fall mehr Heizleistung zur Verfügung als zum Verdampfen des Volumenstroms an Wasser nötig wäre. Eine Garraumtemperatur steigt dementsprechend verstärkt an. In einem anderen Fall, in dem bei gegebenen Randbedingungen, insbesondere bei einer gegebenen Heizleistung, der Dampferzeugungseinheit ein zu großer Volumenstrom an flüssigem, zu verdampfendem Wasser zugeführt wird, nimmt die Steigung der relativen Luftfeuchtigkeit ebenfalls ab. Das liegt daran, dass die Heizeinheit mittels der überschüssigen Anteile des Volumenstroms gekühlt wird. Es sinkt also auch die Garraumtemperatur. Wenn hingegen zu einem gegebenen Betriebszeitpunkt und unter den dann vorherrschenden Randbedingungen ein Volumenstrom an Wasser, der nicht zu groß und nicht zu klein ist, in die Dampferzeugungseinheit eingebracht wird, verändert sich die relative Luftfeuchtigkeit mit maximaler Steigung in Richtung ihres zugeordneten Soll-Werts. Dasselbe gilt für die Garraumtemperatur. Das wird durch das Verfahren sichergestellt. Mit anderen Worten wird durch das Verfahren gewährleistet, dass stets ein zu den zu einem aktuellen Betriebszeitpunkt vorhandenen Randbedingungen, insbesondere einer momentanen Heizleistung, passender Volumenstrom an flüssigem, zu verdampfenden Wasser der Dampferzeugungseinheit zugeführt wird. Vorteilhaft ist dabei, dass lediglich ein Klimakennwert, z. B. die relative Luftfeuchtigkeit, als Eingangsparameter verwendet wird. Weitere, insbesondere vorherrschende Randbedingungen beschreibende Parameter müssen nicht erfasst werden. Dadurch ist das Verfahren vergleichsweise einfach und robust.
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Die relative Luftfeuchtigkeit betrifft dabei das Verhältnis zwischen dem momentanen Dampfdruck des Wasserdampfs und dem Sättigungsdampfdruck desselben bei einer gegebenen Lufttemperatur. Die relative Luftfeuchtigkeit ist also ein Maß dafür, welcher Anteil einer Aufnahmekapazität für Wasserdampf der Luft ausgeschöpft ist. Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 100% kann die Luft keinen weiteren Wasserdampf aufnehmen. Die Aufnahmekapazität für Wasserdampf ist also vollständig ausgenutzt. Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass es in manchen Anwendungen gewünscht ist, dass im Garraum eine möglichst hohe Luftfeuchtigkeit herrscht. In diesem Fall beträgt ein Soll-Wert für die relative Luftfeuchtigkeit 100%. Ebenso sind jedoch Anwendungen denkbar, in denen der Soll-Wert weniger als 100% beträgt.
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Die relative Luftfeuchtigkeit kann im Garraum direkt gemessen oder aus einer absoluten Luftfeuchtigkeit im Garraum und einer Garraumtemperatur ermittelt werden. Sowohl Sensoren zur direkten Messung der relativen Luftfeuchtigkeit als auch Sensoren zur Erfassung der absoluten Luftfeuchtigkeit und der Garraumtemperatur sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie sind kostengünstig am Markt erhältlich und arbeiten zuverlässig. Unter der absoluten Luftfeuchtigkeit wird in diesem Zusammenhang eine Masse an Wasserdampf in einem bestimmten Luftvolumen verstanden. Sie wird üblicherweise in Gramm Wasser pro Kubikmeter Luft angegeben.
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Anhand der vorstehenden Erläuterungen werden die physikalischen Zusammenhänge zwischen der Garraumtemperatur, der absoluten Luftfeuchtigkeit und der relativen Luftfeuchtigkeit deutlich. Im erfindungsgemäßen Verfahren kann somit jeder dieser Werte als Klimakennwert verwendet werden.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, mehrere erfindungsgemäße Verfahren zeitlich parallel auszuführen, wobei in jedem der parallel laufenden Verfahren ein anderer Klimakennwert berücksichtigt wird.
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Alternativ zum erfindungsgemäßen Verfahren kann der Volumenstrom an flüssigem, zu verdampfendem Wasser auch mittels einer sogenannten Taupunkttemperaturregelung eingestellt werden. Die Taupunkttemperatur wird häufig verkürzend auch lediglich als Taupunkt bezeichnet. Dabei wird unter der Taupunkttemperatur diejenige Temperatur verstanden, unterhalb der sich aus Luft mit einer bestimmten absoluten Luftfeuchtigkeit bei konstantem Druck Wasserdampf abscheidet. Am Taupunkt beträgt die relative Luftfeuchtigkeit also 100%. Die Taupunkttemperatur kann anhand der absoluten Luftfeuchtigkeit und des Drucks, z. B. Umgebungsdruck, aus Tabellenwerken oder Taupunktkurven ermittelt werden.
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Zum Betrieb des Gargeräts kann in diesem Zusammenhang eine Temperaturdifferenz zwischen der Garraumtemperatur und der Taupunkttemperatur als Soll-Wert verwendet werden. Dieser Soll-Wert kann null betragen. Sofern eine aktuell vorherrschende Temperaturdifferenz größer als der Soll-Wert ist, wird der Volumenstrom an flüssigem, zu verdampfendem Wasser vergrößert. Sofern der Soll-Wert der Temperaturdifferenz erreicht ist, wird der Volumenstrom verringert, um zu prüfen, ob dieses Ergebnis auch mit einem verringerten Wasserverbrauch erreicht werden kann.
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Der Volumenstrom an flüssigem, zu verdampfendem Wasser kann ein über die Zeit kontinuierlicher Volumenstrom sein und zum Einstellen des Volumenstroms kann ein zugeordneter Strömungsquerschnitt oder ein Bereitstellungsdruck geändert werden. Alternativ kann der Volumenstrom an flüssigem, zu verdampfendem Wasser ein getakteter Volumenstrom sein und zum Einstellen des Volumenstroms kann eine Taktung geändert werden. Im zweiten Fall ist also der Volumenstrom diskontinuierlich. Beide Varianten erlauben es, den Volumenstrom an flüssigem, zu verdampfendem Wasser präzise und zuverlässig einzustellen. Hierfür kann ein Ventil verwendet werden.
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Bevorzugt läuft das Verfahren während des Betriebs des Gargeräts wiederholt ab. Insbesondere wird das Verfahren jeweils nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls oder nach Auftreten eines vorgegebenen Ereignisses ausgeführt. Mit anderen Worten werden die Schritte des Verfahrens während des Betriebs des Gargeräts mehrfach durchlaufen, um idealerweise zu jedem Betriebszeitpunkt auf möglicherweise geänderte Randbedingungen reagieren zu können und somit den Volumenstrom an flüssigem, zu verdampfenden Wasser anpassen zu können. Der Volumenstrom wird somit über den gesamten Betrieb des Gargeräts iterativ an den jeweils zum gegebenen Betriebszeitpunkt optimalen Volumenstrom herangeführt.
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In einer Variante wird der erfasste Klimakennwert mit einem zugeordneten Soll-Wert verglichen und der Volumenstrom an flüssigem, zu verdampfendem Wasser wird verringert, wenn der erfasste Klimakennwert im Wesentlichen dem Soll-Wert entspricht. In einer solchen Situation wird der Volumenstrom also nicht erhöht. Es wird jedoch geprüft, ob der Soll-Wert auch mit einem geringeren Volumenstrom erreicht werden kann. Das Gargerät kann somit hinsichtlich seines Wasserverbrauchs effizient betrieben werden.
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Zusätzlich wird die Aufgabe durch ein Gargerät der eingangs genannten Art gelöst, das eine Steuereinheit aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen. Es ergeben sich auf diese Weise dieselben Effekte und Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert wurden. Dabei führen insbesondere die Einfachheit und Robustheit des Verfahrens dazu, dass das Gargerät mit nur wenigen Sensoren ausgestattet werden muss. Insbesondere gilt dies für Sensoren, die dem Erfassen von Randbedingungen dienen. Dadurch ist das Gargerät vergleichsweise einfach und kostengünstig aufgebaut. Ferner lässt es sich durch das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere hinsichtlich seines Wasserverbrauchs effizient betreiben.
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Im oder am Garraum des Gargeräts kann ein Temperatursensor zur Erfassung einer Garraumtemperatur angeordnet sein. Alterativ oder zusätzlich kann im oder am Garraum ein Feuchtesensor zur Erfassung einer absoluten oder relativen Luftfeuchtigkeit innerhalb des Garraum angeordnet sein. Der Temperatursensor bzw. der Feuchtesensor können signaltechnisch mit der Steuereinheit gekoppelt sein. Folglich können Werte für die Temperatur im Garraum und die dort vorherrschende absolute Feuchte oder relative Feuchte einfach und zuverlässig in der Steuereinheit verarbeitet werden.
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Bevorzugt ist der Feuchtesensor zur Erfassung der absoluten Luftfeuchtigkeit ausgebildet und die Steuereinheit dazu ausgebildet, mittels des Signals des Feuchtesensors und mittels des Signals des Temperatursensors eine relative Luftfeuchtigkeit im Garraum zu ermitteln. Das ist besonders einfach und zuverlässig.
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Gemäß einer Gestaltungsalternative ist ferner ein Ventil zur Einstellung des Volumenstroms an flüssigem, zu verdampfendem Wasser vorgesehen. Somit kann der Volumenstrom präzise und reaktionsschnell eingestellt werden.
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Auch kann das Gargerät einen Volumenstromsensor zur Erfassung des Volumenstroms an flüssigem, zu verdampfendem Wasser aufweisen. Somit lässt sich eine Größe des Volumenstroms im Rahmen einer Volumenstromregelung einstellen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind. Es zeigen:
- - 1 ein erfindungsgemäßes Gargerät, mittels dem ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführbar ist,
- - 2 schematisch einen beispielhaften Zusammenhang zwischen einer maximal erreichbaren relativen Luftfeuchtigkeit und einem Verhältnis eines Volumenstroms an flüssigem, zu verdampfendem Wasser und einer Heizleistung,
- - 3 einen Verlauf eines Klimakennwerts über der Zeit gemäß einem ersten Beispiel,
- - 4 einen Verlauf eines Klimakennwerts über der Zeit gemäß einem zweiten Beispiel,
- - 5 einen Verlauf eines Klimakennwerts über der Zeit gemäß einem dritten Beispiel, und
- - 6 einen Verlauf eines Klimakennwerts über der Zeit gemäß einem vierten Beispiel.
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1 zeigt ein Gargerät 10, das einen Garraum 12 aufweist, in dem Gargut, z. B. Nahrungsmittel, zum Garen positioniert werden kann.
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Das Gargerät 10 ist als sogenannter Dampfgarer ausgeführt und umfasst daher eine Dampferzeugungseinheit 14.
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Diese ist vorliegend als sogenannter Einspritzer gestaltet.
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Die Dampferzeugungseinheit 14 weist einen Wasseranschluss 16 auf, über den ein Volumenstrom W an flüssigem, zu verdampfenden Wasser auf eine Oberfläche einer Heizeinheit 18 geleitet wird.
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Die Heizeinheit 18 dient dabei einerseits der Dampferzeugung und andererseits der Wärmeerzeugung im Garraum 12.
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Das zugeführte Wasser wird mittels der Heizeinheit 18 erhitzt und dadurch zumindest teilweise in Wasserdampf überführt.
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Der Wasserdampf bewirkt im Garraum 12 ein für die Zubereitung von Gargut erforderliches Klima.
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Das Gargerät 10 umfasst außerdem eine Steuereinheit 20, die allgemein zur Steuerung des Gargeräts 10 und insbesondere zur Steuerung der Dampferzeugungseinheit 14 ausgebildet ist.
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Darüber hinaus können im Garraum 12 mehrere Klimakennwerte erfasst werden, die das dort vorherrschende Klima charakterisieren.
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Aus diesem Grund ist im Garraum 12 ein Temperatursensor 22 vorgesehen, mittels dem eine Garraumtemperatur im Inneren des Garraums 12 erfassbar ist.
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Ferner ist ein Feuchtesensor 24 vorhanden, mittels dem eine absolute Luftfeuchtigkeit AF innerhalb des Garraums 12 erfasst werden kann.
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Sowohl der Feuchtesensor 24 als auch der Temperatursensor 22 sind signaltechnisch mit der Steuereinheit 20 gekoppelt.
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Die Steuereinheit 20 kann auf der Grundlage des Signals des Feuchtesensors 24 und des Signals des Temperatursensors 22 eine relative Luftfeuchtigkeit RF im Garraum 12 ermitteln.
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Selbstverständlich ist es alternativ möglich, die relative Luftfeuchtigkeit RF direkt zu messen, beispielsweise mittels eines Haarhygrometers oder mittels eines Halbleitersensors.
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Um den Volumenstrom W einstellen zu können, ist am Wasseranschluss 16 ein Ventil 26 vorgesehen. Somit kann der Volumenstrom W durch Ändern eines Strömungsquerschnitts angepasst werden.
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Auch ist ein Volumenstromsensor 28 vorgesehen, mit dem ein tatsächlich vorhandener Volumenstrom W erfasst werden kann.
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Die Steuereinheit 20 ist ferner dazu ausgebildet, ein Verfahren zum Betrieb des Gargeräts 10 auszuführen, das nachfolgend erläutert wird.
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Ziel dieses Verfahrens ist es, zu jedem Betriebszeitpunkt des Gargeräts 10 ein durch einen oder mehrere Klimakennwerte KW charakterisiertes Klima im Garraum 12 zu gewährleisten.
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Hierfür soll jedoch möglichst wenig Energie und insbesondere ein möglichst kleiner Volumenstrom W an flüssigem, zu verdampfenden Wasser verwendet werden.
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Das Verfahren wird nachfolgend am Beispiel der relativen Luftfeuchtigkeit RF erläutert, die einen solchen Klimakennwert KW darstellt.
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Ein beispielhafter Zusammenhang zwischen einer maximal erreichbaren relativen Luftfeuchtigkeit RFmax und einem Verhältnis des Volumenstroms W und einer Heizleistung H der Heizeinheit 18 geht aus der 2 schematisch hervor. Abhängig vom Betriebspunkt des Gargeräts 10 kann also ein Verhältnis W/H existieren, bei dem eine maximal erreichbare relative Luftfeuchtigkeit RFmax mit minimalem Ressourceneinsatz verbunden ist.
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Der im in 2 dargestellten Beispiel optimale Betriebspunkt, d.h. das Verhältnis W/H, bei dem die höchste maximal erreichbare relative Luftfeuchtigkeit RFmax möglich ist, ist mit (W/H)opt markiert.
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Wird die Heizleistung H zu einem gegebenen Betriebszeitpunkt als fix angesehen, muss der Volumenstrom W stets so eingestellt werden, dass eine gewünschte relative Luftfeuchtigkeit RF möglichst schnell, d.h. in möglichst kurzer Zeit, erreicht wird.
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Hier setzt das Verfahren an und erfasst während seines Ablaufs einen Verlauf der relativen Luftfeuchtigkeit RF über der Zeit t. Derartige Verläufe sind beispielhaft in den 3 bis 6 dargestellt, die später noch im Detail erläutert werden.
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Wie bereits erwähnt, wird die relative Luftfeuchtigkeit RF entweder aus der mittels des Feuchtesensors 24 gemessenen absoluten Luftfeuchtigkeit AF und der mittels des Temperatursensors 22 gemessenen Garraumtemperatur T ermittelt oder direkt sensorisch erfasst.
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Der Volumenstrom W wird im Zuge des Verfahrens in Abhängigkeit einer Änderung einer Steigung der relativen Luftfeuchtigkeit RF eingestellt, die sich im Verlauf der relativen Luftfeuchtigkeit RF über der Zeit t ergibt.
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Zu diesem Zweck wird der Volumenstrom W zunächst ausgehend von einem Ausgangszustand in eine erste Richtung geändert, d.h. er wird erhöht oder erniedrigt. Diese Änderung des Volumenstroms W wird auch als initiale Änderung bezeichnet.
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Eine solche Änderung des Volumenstroms W kann drei mögliche Effekte auf die Steigung der relativen Luftfeuchtigkeit RF über der Zeit t haben.
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Die Änderung des Volumenstroms W kann zu einer Vergrößerung der Steigung der relativen Luftfeuchtigkeit RF über der Zeit führen. Die relative Luftfeuchtigkeit RF bewegt sich aufgrund der Änderung des Volumenstroms W also schneller in Richtung eines zugehörigen Soll-Werts, sofern dieser oberhalb der aktuellen relativen Luftfeuchtigkeit RF liegt. Mit anderen Worten wird die Annäherungsgeschwindigkeit der relativen Luftfeuchtigkeit RF an ihren Soll-Wert vergrößert.
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Ist dies der Fall, wird der Volumenstrom W in einem nachfolgenden Verfahrensschritt erneut in dieselbe Richtung geändert.
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Alternativ kann die genannte Änderung des Volumenstroms W zu einer Verkleinerung der Steigung der relativen Luftfeuchtigkeit RF über der Zeit t führen.
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Im Falle eines oberhalb der aktuellen relativen Luftfeuchtigkeit RF liegenden Soll-Werts würde dies jedoch bedeuten, dass der Soll-Wert der relativen Luftfeuchtigkeit RF langsamer erreicht wird als im Ausgangszustand.
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Es wird daher in einem folgenden Verfahrensschritt der Volumenstrom W in eine zweite Richtung geändert, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist.
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Ebenso ist es möglich, dass aus der Änderung in die erste Richtung keine Änderung der Steigung der relativen Luftfeuchtigkeit RF über der Zeit t resultiert. Die Steigung der relativen Luftfeuchtigkeit RF über der Zeit t bleibt also gleich.
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Anders gesagt wird trotz der Änderung der Soll-Wert der relativen Luftfeuchtigkeit RF im Wesentlichen gleich schnell erreicht. In einem solchen Fall wird in einem folgenden Verfahrensschritt der Volumenstrom W verringert, um zu überprüfen, ob das gleiche Ergebnis auch mit einem kleineren Volumenstrom W erreicht werden kann. Mit anderen Worten wird geprüft, ob das Gargerät 10 effizienter betrieben werden kann.
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Für den Fall, dass die aktuelle relative Luftfeuchtigkeit RF oberhalb eines zugehörigen Soll-Werts liegt, ergibt sich das umgekehrte Bild.
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In diesem Fall wird die Annäherungsgeschwindigkeit der relativen Luftfeuchtigkeit RF an ihren Soll-Wert vergrößert, wenn die Änderung des Volumenstroms W zu einer Verkleinerung der Steigung der relativen Luftfeuchtigkeit RF über der Zeit führt.
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In diesem Fall wird der Volumenstrom W in einem nachfolgenden Verfahrensschritt erneut in dieselbe Richtung geändert.
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Liegt der zugehörige Soll-Wert oberhalb der aktuellen relativen Luftfeuchtigkeit RF und führt eine Änderung des Volumenstroms W zu einer Vergrößerung der Steigung der relativen Luftfeuchtigkeit RF über der Zeit, so wird der Soll-Wert der relativen Luftfeuchtigkeit RF langsamer erreicht.
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Es wird daher in einem nachfolgenden Verfahrensschritt der Volumenstrom W in eine zweite Richtung geändert, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist.
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Zusammenfassend wird also stets angestrebt, dass sich der Klimakennwert mit betragsmäßig maximaler Steigung in Richtung des zugeordneten Soll-Werts entwickelt.
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Die Richtung der initialen Änderung des Volumenstroms W, also ob der Volumenstrom W initial vergrößert oder verkleinert wird, kann in Abhängigkeit einer Historie der relativen Luftfeuchtigkeit RF im Garraum und/oder in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebszustands des Gargeräts bestimmt werden.
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Beispielsweise wird bei einem Betriebszustand, der dem Beginn eines Garprozesses zugeordnet ist, der Volumenstrom initial vergrößert.
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Alternativ ist es denkbar, anhand historischer Daten festzustellen, welche Änderungsrichtung in der Vergangenheit häufiger zu einer gewünschten Änderung der Steigung der relativen Luftfeuchtigkeit RF über der Zeit t geführt hat. Die initiale Änderung kann dann in diese Richtung erfolgen.
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Gleiches gilt für den Betrag der Änderung des Volumenstroms W und für den initial, d.h. vor der Änderung des Volumenstroms W, der Dampferzeugungseinheit 14 zugeführten Volumenstrom W.
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Für diese Werte wird z. B. ein historischer Durchschnitt verwendet.
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Die Werte für den initialen Volumenstrom W, dessen Änderungsbetrag und dessen Änderungsrichtung können auf der Steuereinheit 20 hinterlegt sein.
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Ein Wert der erfassten relativen Luftfeuchtigkeit RF wird darüber hinaus mit einem zugehörigen Soll-Wert verglichen, der beispielsweise auf der Steuereinheit 20 hinterlegt ist.
ür den Fall, dass der erfasste Wert der relativen Luftfeuchtigkeit RF im Wesentlichen dem Soll-Wert entspricht, ist eine weitere Erhöhung des Volumenstroms W nicht sinnvoll, da ja keine weitere Erhöhung der relativen Luftfeuchtigkeit RF erreicht werden soll.
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In einem solchen Fall wird der Volumenstrom W also stets verringert. Dies dient der Überprüfung, ob die gegebene relative Luftfeuchtigkeit RF auch mit einem geringeren Volumenstrom W erreicht werden kann.
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Wie anhand der nachfolgend erläuterten Beispiele deutlich werden wird, wird das Verfahren während des Betriebs des Gargeräts 10 mehrfach durchlaufen, sodass über den gesamten Betrieb des Gargeräts 10 der Volumenstrom W an möglicherweise geänderte Randbedingungen anpassbar ist. Diese können aus einer veränderten Heizleistung der Heizeinheit 18 resultieren, die beispielsweise eine vorgegebene Zeit-Temperatur-Kurve abfährt.
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Vorzugsweise wird das Verfahren periodisch, nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls oder nach Auftreten eines vorgegebenen Ereignisses ausgeführt.
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3 zeigt hierzu ein Beispiel, bei dem ein Soll-Wert für die relative Luftfeuchtigkeit RF durch eine waagerechte gestrichelte Linie eingezeichnet ist. Der Soll-Wert liegt oberhalb der aktuellen relativen Luftfeuchtigkeit RF.
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Dabei wird zum Zeitpunkt t1 der Volumenstrom W um ein Inkrement von beispielsweise einem Prozent des Volumenstroms W im Ausgangszustand, also zwischen dem Zeitpunkt t0 und dem Zeitpunkt t1, erhöht.
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Aus dieser Erhöhung resultiert eine Vergrößerung der Steigung der relativen Luftfeuchtigkeit RF über der Zeit t. Die Erhöhung des Volumenstroms W führt also dazu, dass der Soll-Wert schneller erreicht wird.
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Daher wird zum Zeitpunkt t2 der Volumenstrom W nochmals um dasselbe Inkrement erhöht.
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Wieder ergibt sich eine Vergrößerung der Steigung der relativen Luftfeuchtigkeit RF über der Zeit t.
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Zum Zeitpunkt t3 wird deshalb der Volumenstrom W nochmals erhöht.
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Nun allerdings verringert sich die Steigung der relativen Luftfeuchtigkeit RF über der Zeit t.
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In einem nachfolgenden, nicht mehr dargestellten Schritt wird somit der Volumenstrom W wieder verringert werden, vorzugsweise auf dieselbe Größe, die er zum Zeitpunkt t2 hatte.
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Ein anderes Beispiel ist in 4 zu sehen. Wieder ist der Soll-Wert der relativen Luftfeuchtigkeit RF durch eine waagerechte gestrichelte Linie angegeben. Wie zuvor liegt der Soll-Wert oberhalb der aktuellen relativen Luftfeuchtigkeit RF.
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Wieder wird zum Zeitpunkt t1 der Volumenstrom W um ein vorgegebenes Inkrement, beispielsweise wie im Beispiel aus 3, erhöht.
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Diese Erhöhung führt nun jedoch zu einer Verkleinerung der Steigung der relativen Luftfeuchtigkeit RF über der Zeit t.
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Es muss daher gegengesteuert werden.
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Zum Zeitpunkt t2 wird folglich der Volumenstrom W verringert.
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Dies führt zu einer Vergrößerung der Steigung der relativen Luftfeuchtigkeit RF über der Zeit t.
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Aus diesem Grund erfolgt zum Zeitpunkt t3 eine nochmalige Verringerung des Volumenstroms W. Dies führt zu einer abermaligen Vergrößerung der Steigung der relativen Luftfeuchtigkeit RF über der Zeit t.
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Im Beispiel gemäß 5 herrscht beim Start des Verfahrens zum Zeitpunkt t0 bereits eine relative Luftfeuchtigkeit RF vor, die relativ nahe an einem zugeordneten Soll-Wert liegt, der im Diagramm aus 5 durch eine waagerechte gestrichelte Linie dargestellt ist. Die relative Luftfeuchtigkeit RF liegt unterhalb des Soll-Werts.
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Dabei wird zum Zeitpunkt t1 der Volumenstrom W erhöht.
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Dies führt dazu, dass die Steigung der Luftfeuchtigkeit RF über der Zeit t, die zwischen dem Zeitpunkt t0 und dem Zeitpunkt t1 negativ ist, negativ bleibt, jedoch mit einem geringeren Betrag.
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Mit anderen Worten wird die Steigung der relativen Luftfeuchtigkeit RF über der Zeit t durch die Änderung des Volumenstroms W vergrößert.
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Aus diesem Grund wird auch zum Zeitpunkt t2 der Volumenstrom W nochmals erhöht.
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Auch aus dieser Erhöhung resultiert eine Vergrößerung der Steigung der relativen Luftfeuchtigkeit RF über der Zeit t. Dabei wechselt die Steigung ihr Vorzeichen.
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Eine weitere Erhöhung des Volumenstroms W führt zum Zeitpunkt t3 zu einer nochmaligen Vergrößerung der Steigung der relativen Luftfeuchtigkeit RF über der Zeit t.
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Anhand des Verlaufs der relativen Luftfeuchtigkeit RF in der 5 wird somit deutlich, dass mittels des hier beschriebenen Verfahrens die relative Luftfeuchtigkeit RF in minimaler Zeit auf den zugehörigen Soll-Wert gebracht werden kann.
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In einem letzten Beispiel, dass in der 6 illustriert ist, entspricht die relative Luftfeuchtigkeit RF zu Beginn des Verfahrens zum Zeitpunkt t0 bereits dem zugeordneten Soll-Wert.
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Zum Zeitpunkt t1 wird der Volumenstrom W verringert.
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Diese Verringerung hat keinen Effekt auf die Steigung der relativen Luftfeuchtigkeit RF. Sie behält also ihre Steigung bei und entspricht weiterhin dem Soll-Wert.
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Es wird nun jedoch die gleichbleibende relative Luftfeuchtigkeit RF mit einem kleineren Volumenstrom W erreicht. Das Gargerät 10 arbeitet also effizienter.
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Zum Zeitpunkt t2 wird der Volumenstrom W nochmals verringert.
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Dies führt jedoch dazu, dass sich auch die Steigung der relativen Luftfeuchtigkeit verringert. Somit weicht die relative Luftfeuchtigkeit RF nach unten vom zugeordneten Soll-Wert ab.
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Zum Zeitpunkt t3 wird daher der Volumenstrom W wieder erhöht, insbesondere auf denjenigen Wert, den er zum Zeitpunkt t2 hatte.
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Es wird somit sichergestellt, dass die relative Luftfeuchtigkeit RF stets im Bereich des Soll-Werts liegt und dafür nur der minimal notwendige Volumenstrom W benötigt wird.
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In den vorgenannten Beispielen wird der Volumenstrom W stets durch Betätigung des Ventils 26 eingestellt. Dabei kann der gewünschte Volumenstrom W entweder dadurch erreicht werden, dass ein Querschnitt des Ventils 26 entsprechend eingestellt wird und kontinuierlich vom Volumenstrom W durchströmt wird.
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Alternativ ist es möglich, den Volumenstrom W als getakteten Volumenstrom vorzusehen. In diesem Zusammenhang wird eine Änderung des Volumenstroms W dadurch herbeigeführt, dass der zugehörige Takt geändert wird, mit dem das Ventil 26 geöffnet und geschlossen wird.
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Die vorstehenden Erläuterungen betreffen ein Ausführungsbeispiel, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren mit der relativen Luftfeuchtigkeit RF als Klimakennwert KW ausgeführt wird. Es versteht sich jedoch, dass in gleicher Weise auch die absolute Luftfeuchtigkeit AF oder die Garraumtemperatur T als Klimakennwert KW verwendet werden kann.
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Ebenso ist es denkbar, mehrere erfindungsgemäße Verfahren parallel laufen zu lassen, die jeweils unterschiedliche Klimakennwerte KW nutzen.