PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10162952C2 06.11.2003
Titel Wärmetauschereinrichtung
Anmelder Convotherm Elektrogeräte GmbH, 82436 Eglfing, DE
Vertreter Zmyj, E., Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing., Pat.-Anw., 81669 München
DE-Anmeldedatum 20.12.2001
DE-Aktenzeichen 10162952
Offenlegungstag 10.07.2003
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 06.11.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.11.2003
IPC-Hauptklasse F24C 3/08
IPC-Nebenklasse F24C 15/32   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmetauschereinrichtung für gasbeheizte Vorrichtungen zur Wärmebehandlung von Nahrungsmitteln, mit einem Lüfterrad für die Zwangsumwälzung eines Behandlungsmediums, einem Gasbrenner und zumindest einem das Lüfterrad umgebenden Wärmetauscherrohr, wobei der Brenner ausschließlich mit einer Mischeinrichtung für Gas und Verbrennungsluft zur Einstellung der zur Verbrennung notwendigen Gas-Luft-Mischung in Verbindung steht und wobei die Mischeinrichtung eine Regeleinrichtung für die Einstellung der einhundert Prozent vorgemischten Gas-Luft-Mischung und ein Gebläse umfaßt, welches die Gas-Luft-Mischung in den Brenner und nach erfolgter Verbrennung in das mit dem Brenner gasdicht verbundene Wärmetauscherrohr unter Druck befördert.

Aus der EP 0 526 768 B1 ist eine Wärmetauschervorrichtung bekannt, bei der der Brenner nach Art eines Bunsenbrenners ausgebildet ist. Der Brenner umfasst ein Venturi-Rohr in welches aus einer Gasdüse Gas eingeblasen wird, wobei aufgrund des Abstandes zwischen dem Venturi-Rohr und der Gasdüse Luft mitgerissen wird, so dass eine gewisse Vormischung von Luft und Gas eintritt. Der Brenner ist dabei vor dem Wärmetauscherrohr angeordnet, so dass die den Brenner verlassende verhältnismäßig lang ausgebildete Flamme in das Wärmetauscherrohr eindringt und dabei weiterhin Sekundärluft ansaugt. Nachteilig bei dieser Ausgestaltung ist die Tatsache, dass eine sehr lange Flamme entsteht, die einen ersten geradlinigen Abschnitt des Wärmetauscherrohres erfordert, wenn sich diese Flamme exakt ausbilden soll und außerdem entsteht an den zwei Ansaugstellen für Luft ein erhebliches Geräusch, was bei Vorrichtungen zur Wärmebehandlung von Nahrungsmitteln in den Aufstellungsräumen solcher Geräte zu einer erheblichen Lärmbelästigung führt. Weiterhin erfordert diese Art der Brennerausbildung eine ständige Drucküberwachung sowohl des Luftdruckes als auch des Gasdruckes einerseits und eine Überwachung der zugeführten Mengen, was eine umfangreiche Regeleinrichtung bedingt. Die Anordnung des Brenners in der Weise, dass für die verhältnismäßig lange Flamme ein möglichst langes geradliniges Wärmetauscherrohr zu Verfügung steht, erfordert in Verbindung mit der Ausbildung einer Luftkammer mit angehobenem Luftdruck zur Zuführung der Primär- und Sekundärverbrennungsluft, die Anordnung des Brenners mit verhältnismäßig großem Abstand zum Lüfterrad, so dass die heißeste Stelle der Wärmetauschervorrichtung, in der sich die Brennerflamme befindet, nicht unmittelbar neben dem Lüfterrad liegt, sondern dass dieser Teil der Wärmetauschervorrichtung nicht unmittelbar von dem Mediumstrom beaufschlagt wird, den das Lüfterrad erzeugt.

Eine Wärmetauschervorrichtung der eingangs erläuterten Art ist aus der EP 1 116 920 A2 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist ein Gasbrenner vorgesehen, der aus einer rechteckigen Keramikplatte mit einer großen Anzahl von Löchern besteht, durch die hindurch die hundert Prozent vorgemischte Gas-Luft-Mischung mittels des Gebläses hindurchgedrückt und am Ende dieser Öffnungen entzündet wird. Dieser Brenner ist in einer Brennkammer angeordnet, von welcher nach jeder Seitenrichtung, im wesentlichen tangential zu einem Lüfterrad für die Umwälzung des Behandlungsmediums ein Wärmetauscherrohr ausgeht, das das Lüfterrad im wesentlichen entlang eines halben Umfanges umgibt und in einer Schleife wieder zurückgeführt wird. Beide Rohre enden in einem Sammler, aus dem ein Ableitungsrohr nach außen führt.

Nachteilig bei dieser Ausgestaltung ist die Tatsache, daß der Brenner als eine rechteckige Fläche ausgeführt ist, die bei einer Erhöhung der Brennerleistung entsprechend vergrößert werden muß, was zu Platzproblemen in einem Gargerät führt, da diese Art des Brenners eine verhältnismäßig große Brennkammer erfordert. Um die Wärme einigermaßen gleichmäßig aus dieser Brennerkammer abführen zu können, sind einander entgegengesetzt angeordnete Wärmetauscherrohre erforderlich, die einen erhöhten konstruktiven Aufwand bedingen. Außerdem ist nicht gewährleistet, daß die Strömung in beiden Wärmetauscherrohrabschnitten, die in entgegengesetzter Richtung durchströmt werden, gleichmäßig ausfällt, wobei diese ungleichmäßige Beaufschlagung der einzelnen Wärmetauscherabschnitte auch von Fertigungstoleranzen negativ beeinflußt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wärmetauschereinrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszugestalten, daß nicht nur der Geräuschpegel beim Betrieb des Brenners und der regelungstechnische Aufwand vermindert wird, sondern daß in erster Linie ein Brenner geschaffen wird, der bei verhältnismäßig geringen Außenabmessungen der Brennkammer eine hohe Wärmeleistung gewährleistet und obendrein die Voraussetzung für eine konstruktiv einfache Wärmetauscherrohrausbildung bietet.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Wärmetauschereinrichtung der eingangs erläuterten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Brenner als ein am Ende verschlossenes Rohr mit am Umfang verteilten Gasaustrittsöffnungen ausgebildet ist.

Bei dieser Ausgestaltung wird das für die Verbrennung zu einhundert Prozent vorgemischte Gas-Luft-Gemisch in den Brenner hineingefördert, wodurch, wie bereits bekannt, die zweifache Luftansaugung bei dem Venturi-Rohr-Brenner vermieden wird. Entscheidend ist jedoch bei dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung die Tatsache, daß die Ausbildung des Brenners als ein endseitig verschlossenes Rohr mit am Umfang angeordneten Austrittöffnungen die Anzahl der Öffnungen auf der gekrümmten Rohroberfläche größer ist als bei der rechteckigen zweidimensionalen Ausgestaltung des Brenners nach dem Stande der Technik. Eine Vergrößerung der Zahl der Gasaustrittsöffnungen kann entweder durch eine geringfügige Vergrößerung des Durchmessers, aber insbesondere durch eine Verlängerung des Rohres erzielt werden, was die Einbauverhältnisse nicht verändert, weil das Lüfterrad einen verhältnismäßig großen Durchmesser aufweist, so daß eine sehr lange Brennerausbildung möglich ist, die eine Brennkammer mit nur einem Wärmetauscherrohr ermöglicht, so daß der konstruktive Aufwand wesentlich verringert werden kann. Außerdem sind die Strömungsverhältnisse in diesem einzigen Wärmetauscherrohr viel besser vorhersehbar und einstellbar als bei in entgegengesetzten Richtungen ausgebildeten, unabhängig voneinander beaufschlagten Wärmetauscherrohren entsprechend dem erläuterten Stand der Technik. Da der Brenner rohrförmig nach Art einer langgestreckten Fackel ausgebildet ist, wobei auf einer verhältnismäßig großen Oberfläche bezogen auf einen geringen Durchmesser des Rohres viele Gasaustrittsöffnungen angebracht werden können, ist eine hohe Brennerleistung erzielbar. Dabei ist es möglich, diesen Brenner in einer im Durchmesser verhältnismäßig kleinen Brennkammer unterzubringen, ohne daß eine starke Erwärmung der Brennkammerwand eintritt, weil die bei der Verbrennung entstehenden Abgase durch die unter Druck nachgeförderte frische Gas-Luft-Mischung in eine Richtung abgedrängt werden, ohne daß eine Stauwirkung in der Brennkammer entstehen könnte, wie dies bei der Aufteilung der Abgase in zwei entgegengesetzte Richtungen der Fall ist.

Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein im Durchmesser erweiterter Anfangsbereich des Wärmetauscherrohrs als Brennkammer für die Aufnahme des Brenners dient, so wird hiermit eine besonders große Oberfläche des heißesten Bereiches der Wärmetauschereinrichtung geschaffen, wodurch der Wirkungsgrad des Wärmetaustauschers verbessert wird.

Die Achsen der Gasaustrittsöffnungen stehen vorzugsweise senkrecht zur Brennerlängsachse, wodurch trotz der Anordnung vieler Gasaustrittsöffnungen und der damit verbundenen Ausbildung vieler Flammen eine gegenseitige Störung dieser Flammen nicht eintritt. Es können aber räumlich bedingte Verhältnisse vorliegen, die eine andere Flammenausbildung notwendig machen, so dass es auch vorteilhaft sein kann, wenn die Achsen der Gasaustrittsöffnungen in Strömungsrichtung unter einem spitzen Winkel schräg zur Brennerachse geneigt sind.

Damit eine möglichst gute Wärmeausnutzung erzielbar ist, ist in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die Brennkammer im wesentlichen in tangentialer Richtung zum Lüfterrad in unmittelbarer Nähe desselben angeordnet und von mindestens einem Abschnitt des Wärmetauscherrohres an der radial außenliegenden Seite bezogen auf das Lüfterrad überspannt. Die heißere Brennkammer liegt somit in unmittelbarer Nähe des Lüfterrades, wodurch nicht nur der Wärmeaustausch begünstigt, sondern auch diese Brennkammer in ausreichender Weise gekühlt wird. Durch das Umschlingen der Brennkammer durch mindestens einen Abschnitt des Wärmetauscherrohres wird durch die dem Lüfterrad abgewandte Seite der Brennkammer, die eine sehr hohe Temperatur aufweist, dieser bereits stärker ausgekühlte Abschnitt des Wärmetauscherrohres nochmals aufgeheizt, so dass eine bessere Ausnutzung der erzeugten Wärme stattfindet.

Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung das Wärmetauscherrohr das Lüfterrad und die Brennerkammer mehrfach umschlingt, wobei mindestens eine nachfolgende Umschlingung gegenüber einer vorhergehenden Umschlingung mindestens abschnittsweise einen größeren radialen Abstand zur Lüfterradachse aufweist, so wird hierdurch eine besonders gute Nutzung des das Lüfterrad aufnehmenden Raumes in dem Gargerät erzielt, weil das Wärmetauscherrohr im wesentlichen nach Art einer Spirale, das heißt zumindest abschnittsweise, mit zunehmendem Abstand von der Lüfterradachse um das Lüfterrad und die Brennkammer herum geschlungen ist und somit eine sehr gute Raumausnutzung erzielbar ist.

Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Brennerkammer L-förmig ausgebildet, wobei der kurze Schenkel an seinem freien offenen Ende eine Öffnung in einer Wand der Vorrichtung zur Wärmebehandlung umgibt und an der Wand befestigt ist und dass der lange Schenkel tangential zum Lüfterrad angeordnet ist. Wenn dann der Brenner zusammen mit einem Teil eines Zuführungsrohres für die fertige Gas-Luft-Mischung eine der Brennerkammer angepasste L- förmigen Baueinheit bilden und in der Wand der Vorrichtung zur Wärmebehandlung befestigt ist, so ist hierdurch in besonders einfacher Weise die Montage des Brenners in der Brennerkammer gewährleistet.

Wenn die Wärmetauschereinrichtung nur zwei Befestigungsstellen an der Vorrichtung zur Wärmebehandlung aufweist, von denen die eine Befestigungsstelle zwischen einer Wand im Gargerät und Brennerkammer und die zweite Befestigungsstelle zwischen dem aus der Vorrichtung zur Wärmebehandlung austretenden Ende des Wärmetauscherrohres und einer Gehäusewand der Vorrichtung zur Wärmebehandlung gebildet ist, so ist die Wärmetauschereinrichtung in der Lage, die beim Betrieb auftretenden Wärmedehnungen weitgehend spannungsfrei auszuführen. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Befestigungsstellen in enger Nachbarschaft zueinander angeordnet sind, wodurch die gesamte Wärmetauschereinrichtung nahezu uneingeschränkt den auftretenden Wärmedehnungen folgen kann.

Die Erfindung nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Nahrungsmitteln;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Teilschnitt nach der Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung des mit IV bezeichneten Bereiches in Fig. III.

Die Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Nahrungsmitteln, nachfolgend Gargerät genannt, hat ein Gehäuse 1, welches außer der üblichen, nicht dargestellten Frontverkleidung und Tür, eine Trennwand 2 aufweist, die das Gehäuse in dicht voneinander getrennte Räume unterteilt. In dem einen Raum ist durch eine weitere Trennwand 3 ein Raum 4 von einem Raum 5 getrennt. Der Raum 4 dient zur Aufnahme eines Lüfterrades 6 und einer Wärmetauschervorrichtung 7, während der Raum 5 als Garraum zur Aufnahme der zu behandelnden Nahrungsmittel dient. In den Raum 4 wird durch einen nicht dargestellten Dampferzeuger Dampf eingeführt, so dass ein Dampf-Luft- Gemisch entsteht, welches durch das Lüfterrad 6 entsprechend den Pfeilen 8 durch Schlitze 9 und 10 in der Trennwand 3 in den Garraum eingeblasen wird. Dabei wird dieses Dampf-Luft- Gemisch durch die insgesamt mit 7 bezeichnete Wärmetauschervorrichtung aufgeheizt. Der Boden 11 des Garraumes 5 mündet in einen Ablauf 12, der als Kondensatablauf und als Auslass für Fett und Reinigungsflüssigkeiten dient. Dieser Ablauf mündet in einen Mischkondensator 13, der zum Niederschlagen der abströmenden Brüden dient und dessen Abflussleitung mit 14 bezeichnet ist.

In dem durch die Trennwand 2 hermetisch abgetrennten Raum 15 befinden sich neben nicht dargestellten Steuer- und Regelelementen ein Antriebsmotor 16 für das Lüfterrad 6 und eine Mischeinrichtung 17 für einen mit Gas betriebenen Brenner 18 der Wärmetauschereinrichtung 7.

Die Wärmetauschereinrichtung 7 umfasst neben dem bereits erwähnten Brenner 18, der mit einem Zuführungsrohr 19 mit der Mischeinrichtung 17 verbunden ist auch eine Brennkammer 20, an die sich ein Wärmetauscherrohr 21 anschließt, welches nicht nur das Lüfterrad 6 sondern auch die Brennkammer 20 umschlingt, wobei sich der Abstand der einzelnen Rohrabschnitte vom Zentrum des Lüfterrades 6 mit jeder Umschlingung vergrößert. Die Brennkammer 20 liegt in unmittelbarer Nachbarschaft in tangentialer Richtung zum Lüfterrad 6 und ist L-förmig gestaltet. Der kürzere Schenkel 20a ist mittels eines Flansches an der Trennwand 2 befestigt und umgibt eine Öffnung 23 in der Trennwand 2. Der längere Schenkel 20b nimmt den Brenner 18 auf, der über das L-förmig gestaltete Zuführungsrohr 19 mit der Mischeinrichtung 17 verbunden ist. Aufgrund dieser L-förmigen Gestaltung der Brennkammer und der Zuführungsleitung 19 an der der Brenner 18 sitzt, lässt sich dieser in einfacher Weise in die Brennkammer einfädeln. Das Wärmetauscherrohr 21 ist an seinem einen Ende mittels eines Übergangsstückes 24 mit der Brennkammer 20 verbunden und an seinem anderen Ende mittels eines Flansches 25 an einer Gehäusewand befestigt, wobei diese Befestigungsstelle in der Nähe des Flansches 22 und somit in der Nähe der Befestigungsstelle der Brennkammer liegt. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, weisen diese beiden Befestigungsstellen einen verhältnismäßig geringen Abstand zueinander auf, so dass das ganze Wärmetauscherrohr frei von Befestigungspunkten ist und somit bei der eintretenden Wärmeausdehnung keinen Behinderungen durch zusätzliche Befestigungsstellen unterliegt.

Die Mischeinrichtung 17 umfasst ein nicht näher dargestelltes Gebläse sowie Dosiereinrichtungen mit entsprechenden Regeleinrichtungen für die Einstellung des zur Verbrennung notwendigen Gas-Luft-Gemisches, welches in dem für die Verbrennung notwendigen Verhältnis dem Brenner 18 zugeführt wird, also vollständig bzw. einhundertprozentig vorgemischt ist. Eine zusätzliche Zuführung von Sekundärluft tritt hier nicht ein, was sich günstig auf die Geräuschentwicklung bemerkbar macht.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich umfasst der Brenner 18 ein Rohr mit einem verschlossenen Ende 26, welches etwa die Hälfte der Länge der Brennkammer 20 aufweist. Am Umfang des Brenners sind Öffnungen 27 vorgesehen, aus denen das Gas-Luft-Gemisch austritt und nach entsprechender Entzündung mehrere nebeneinander liegende Flammen 28 bildet. Mit 29 sind die Achsen der Öffnungen 27 bezeichnet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel senkrecht zur Brennerlängsachse 30 stehen. Die Achsen 29 der Öffnungen 27 können auch in Strömungsrichtung des Gases unter einem spitzen Winkel nach vorne geneigt sein.


Anspruch[de]
  1. 1. Wärmetauschereinrichtung für gasbeheizte Vorrichtungen zur Wärmebehandlung von Nahrungsmitteln, mit einem Lüfterrad (6) für die Zwangsumwälzung eines Behandlungsmediums, einem Gasbrenner (18) und zumindest einem das Lüfterrad umgebenden Wärmetauscherrohr (21), wobei der Brenner (18) ausschließlich mit einer Mischeinrichtung (17) für Gas und Verbrennungsluft zur Einstellung der zur Verbrennung notwendigen Gas-Luft-Mischung in Verbindung steht und wobei die Mischeinrichtung (17) eine Regeleinrichtung für die Einstellung der einhundert Prozent vorgemischten Gas-Luft-Mischung und ein Gebläse umfasst, welches die Gas-Luft-Mischung in den Brenner (18) und nach erfolgter Verbrennung in das mit dem Brenner gasdicht verbundene Wärmetauscherrohr (21) unter Druck befördert, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (18) als ein am Ende (26) verschlossenes Rohr mit am Umfang verteilten Gasaustrittsöffnungen (27) ausgebildet ist.
  2. 2. Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Durchmesser erweiterter Anfangsbereich des Wärmetauscherrohres (21) als Brennkammer (20) für die Aufnahme eines Brenners (18) dient.
  3. 3. Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen (29) der Gasaustrittsöffnungen (27) senkrecht zur Brennerlängsachse (30) stehen.
  4. 4. Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen (29) der Gasaustrittsöffnungen (27) in Strömungsrichtung unter einem spitzen Winkel schräg zur Brennerlängsachse (30) geneigt sind.
  5. 5. Wärmetauschereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (20) im Wesentlichen in tangentialer Richtung zum Lüfterrad (6) in unmittelbarer Nähe desselben angeordnet und von mindestens einem Abschnitt des Wärmetauscherrohres (21) an der radial außenliegenden Seite, bezogen auf das Lüfterrad (6), überspannt ist.
  6. 6. Wärmetauschereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauscherrohr (21) das Lüfterrad (6) und die Brennkammer (20) mehrfach umschlingt, wobei mindestens eine nachfolgende Umschlingung gegenüber einer vorhergehenden Umschlingung mindestens abschnittsweise einen größeren radialen Abstand zur Lüfterradachse aufweist.
  7. 7. Wärmetauschereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (20) L-förmig ausgebildet ist, dass der kurze Schenkel (20a) an seinem freien offenen Ende eine Öffnung (23) in einer Wand (2) der Vorrichtung zur Wärmebehandlung umgibt und an der Wand (2) befestigt (22) ist und dass der lange Schenkel (20b) tangential zum Lüfterrad (6) angeordnet ist.
  8. 8. Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (18) zusammen mit einem Teil eines Zuführungsrohres (19) für die fertige Gas-Luft-Mischung eine der Brennkammer (20) angepasste L-förmige Baueinheit bilden und in der Öffnung (23) der Wand (2) der Vorrichtung zur Wärmebehandlung befestigt ist.
  9. 9. Wärmetauschereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie nur zwei Befestigungsstellen (22, 25) an der Vorrichtung zur Wärmebehandlung aufweist, von denen die eine Befestigungsstelle (22) zwischen einer Wand (2) im Gargerät und Brennkammer (20) und die zweite Befestigungsstelle (25) zwischen dem aus der Vorrichtung zur Wärmebehandlung austretenden Ende des Wärmetauscherrohres (21) und einer Gehäusewand der Vorrichtung zur Wärmebehandlung bebildet ist.
  10. 10. Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsstellen (22, 25) in enger Nachbarschaft zueinander angeordnet sind.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com