Einrichtung zum Umwälzen eines gasförmigen Mediums in mindestens einer Kammer
Bei der Behandlung von Gegenständen mit einem gasförmigen Medium, beispielsweise warmer oder hei 13er Luft, unter Umständen unter Zusatz von Dampf oder Rauch, benützt man eine Einrichtung, bei der mindetens eine Kammer zur Aufnahme der zu behandelnden Gegenstände und ein umkehrbares Gebläse vorgesehen ist, um die Strömungsrichtung des gasförmigen Mediums nach bestimmten gewählten Zeitspannen umzukehren und so eine höchstmögliche Gleichförmigkeit bei der Behandlung der in der Kammer befindlichen Gegenstände zu erzielen.
Derartige Einrichtungen, die häufig als Schränke oder Öfen bezeichnet werden, lassen sich vorteilhafterweise für das Auftauen von Tiefkühlkost, zum Kochen, Backen und Räuchern von Nahrungsmitteln, zum Bakken von Brot und Kuchen sowie für andere Aufgaben in der Nahrungsmittelindustrie, in Restaurants und bei der sonstigen Nahrungsmittelbereitung einsetzen. Die Verwendung derartiger Einrichtungen ist jedoch nicht auf die Behandlung von Nahrungsmitteln beschränkt, sondern es können auch andere Gegenstände getrocknet, erwärmt oder sogar sterilisiert werden, beispielsweise Bekleidungsstücke und Wäsche, medizinische und chirurgische Instrumente, Präparate in Laboratorien.
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Umwälzen eines gasförmigen Mediums in mindestens einer Kammer in abwechselnd zwei Richtungen mit einem mindestens ein Flügelrad mit radial angeordneten Flügeln tragenden Rotor, dessen Drehrichtung umkehrbar ist und der von einem stationären Gehäuse umschlossen ist, das zu einer durch die Achse des Rotors verlaufenden Ebene symmetrisch ist, wobei das Gehäuse eine den Rotor teilweise umschliessende, im wesentlichen U-förmige Endwand und an diese anschliessende, einander gegenüberliegende Seitenwände aufweist und zwischen den Seitenwänden eine von diesen getrennte Zwischenwand angeordnet ist, so dass im wesentlichen rechteckförmige Öffnungen im Gehäuse entstehen, die je nach Strömungsrichtung jeweils als Auslass oder als Einlass dienen.
Es sind bereits derartige Einrichtungen bekannt, bei denen drehbare Zusatzgehäuse zur Steuerung des Gasstromes vorgesehen sind, die zumindest teilweise den Rotor innerhalb des Gehäuses umschliessen und die jedesmal bei Umkehr der Richtung des Gasstromes um eine Achse parallel zur Rotorachse gedreht werden und auf diese Weise die Richtung des Gasstromes durch die Einrichtung umkehren.
Diese bisher verwendeten Zusatzgehäuse sind nicht nur ziemlich kompliziert, schwer und teuer, sondern auch schwer zu montieren. Sie erfordern eine beachtliche Wartung, um genau zu arbeiten. Demgemäss besteht das Bestreben, derartige Zusatzgehäuse zu vermeiden. Bisher schien dies jedoch bei den Einrichtungen der vorstehend genannten Art nicht möglich.
Mit Hilfe der Erfindung ist es nun überraschenderweise möglich, auf derartige Zusatzgehäuse zu verzichten, ohne dass nachteilige Wirkungen auftreten. Dies wird bei einer Einrichtung der vorstehend erwähnten Art erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der Rotor das einzige bewegliche Teil ist und dass das Flügelrad im Gehäuse symmetrisch zu dessen Symmetrieebene liegt und derart angeordnet ist, dass sich zwischen den Öffnungen ein Strömungsweg für das gasförmige Medium durch das Gehäuse ergibt.
Der Wirkungsgrad einer derartigen erfindungsgemä ssen Einrichtung ist zwar etwas geringer als der von entsprechenden Einrichtungen mit dreh- bzw. schwenkbaren Zusatzgehäusen, jedoch ist dies nicht sehr bedeutsam, da die zusätzlich benötigte Energie in Wärme umgesetzt wird, wodurch eine entsprechende Verringerung der Leistung der Heizelemente für das gasförmige Medium ermöglicht wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung gemäss der Erfindung zur Behandlung von Nahrungsmitteln mit einem heissen gasförmigen Medium.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 1.
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 4 zeigt einen waagerechten Schnitt durch die Einrichtung gemäss Fig. 3 in grösserem Massstab.
Es ist klar, dass keine Beschränkungen bezüglich der Anordnung des Gebläses gegeben sind. So kann die Einrichtung gemäss Fig. 1 und 2 umgedreht oder auf die Seite oder die Rückwand gelegt werden. Ferner kann das in den Fig. 3 und 4 dargestellte Gebläse in anderen Einrichtungen verwendet werden, und die Rotorachse kann horizontal oder geneigt angeordnet sein.
Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ofen 1 hat zwei durch eine Zwischenwand 2 getrennte Kammern. Ein Paar gestrichelt in Fig. 1 dargestellte Türen 3 ermöglichen den Zugang. Die untere Kante der Zwischenwand 2 ist vom Boden des Ofens 1 entfernt und zwischen dieser unteren Kante und den zugehörigen unteren Ecken des Ofens sind, wie in Fig. 1 dargestellt, schräge Reihen von Führungsschaufeln 4 angeordnet, die die gewünschten Strömungsverhältnisse für das von einer Seite der Zwischenwand zur anderen fliessende gasförmige Medium herstellen. Die Führungsschaufeln 4 können beispielsweise elektrisch beheizt werden, um das zirkulierende gasförmige Medium auf der gewünschten Temperatur zu halten, oder es können zu diesem Zweck zusätzliche Heizelemente (nicht gezeigt) zwischen den Schaufelreihen vorgesehen werden.
Der obere Teil des Ofens 1 ist Teil eines Gebläses mit einem Rotor 5, der auf einer Triebwelle 6 eine Anzahl von axial voneinander entfernten Flügekädern 7 trägt. Die Welle 6 wird über einen nicht dargestellten Motor angetrieben, dessen Drehrichtung sich innerhalb von vorgewählten Zeitintervallen umkehren lässt. Die Flügelräder 7 haben sich radial nach aussen erstreckende und axial fluchtende Flügel, so dass in beiden Drehrichtungen gleiche Betriebsverhältnisse herrschen. Die Achse des Rotors liegt in einer Ebene mit der Zwischenwand 2, und die Länge des Rotors 5 und die Anzahl der Flügelräder wird so gewählt, dass der Rotor das gasförmige Medium in der gesamten Tiefe des Ofens gleichmässig bewegt (Fig. 2).
Die obere Kante der Zwischenwand 2 erstreckt sich bis dicht an die Flügelräder 7, und Vorsprünge 8 der Zwischenwand reichen bis in die Räume zwischen den einzelnen Flügelrädern. Diese Vorsprünge sind für die gewünschte Betriebsweise des Gebläses nicht unbedingt erforderlich, verbessern jedoch dessen Wirksamkeit. Der obere Teil des Ofens 1 bildet eine gewölbte oder U-förmige Endwand 9, die sich teilweise um den Rotor 5 erstreckt und vollständig symmetrisch zur Ebene durch die Rotorachse und die Zwischenwand 2 ist. Die Hauptwand 9 ist durch zusätzliche Seitenwände verlängert.
Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, ist der radiale Abstand der Hauptwand 9 vom Rotor und insbesondere von den Flügelrädern wesentlich grösser als wie zur Vermeidung von unmittelbarer Berührung unbedingt erforderlich. Er ist auch grösser als der Abstand zwischen den Flügel rädern und der oberen Kante der Zwischenwand 2.
Obwohl die Endwand 9 im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 und 2 im wesentlichen halbkreisförmig mit der Rotorachse als Mittelpunkt ist, ist dies eine ganz spezielle Ausgestaltung. In der Praxis hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, und zwar nicht nur zur Raumersparnis, den Abstand zwischen dem oberen Teil der Hauptwand 9 und den Flügelrädern zu verringern und dann den radialen Abstand zwischen Rotor und Wand zu den Seitenwänden hin allmählich zu vergrössern.
Dabei kann der minimale Abstand etwa 1/io des Rotordurchmessers betragen. Es sei noch darauf hingewiesen, dass die Endwand 9 nicht unbedingt kreisförmig sein muss, sondern irgendeine symmetrische, glatte Form haben kann.
Wie den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, sind keine beweglichen oder drehbaren Zusatzgehäuse erforderlich und abgesehen vom Motor und dem Getriebe (nicht dargestellt) ist der Rotor 5 das einzige bewegliche Teil.
Der Rotor 5 befindet sich dauernd frei im Gehäuse, und die Flügelräder lassen zwischen den tiefer liegenden Öffnungen für die Kammern einen Strömungsweg für das gasförmige Medium durch das Gehäuse frei, so dass das Medium durch die Kammern und das Gehäuse strömen kann.
Dreht sich der Rotor 5 im Gegenuhrzeigersinn (Fig. 1), so strömt das gasförmige Medium in Richtung der Pfeile A. Dies erfolgt dadurch, dass zwischen den Flügelrädern eine im wesentlichen radial nach innen gerichtete und in den Flügelrädern eine radial nach aussen gerichtete Strömung erzeugt wird, wobei die letztere infolge der Drehung der Flügelräder eine tangentiale Bewegungskomponente aufweist. Demgemäss strömt das gasförmige Medium aus den Flügelrädern in Richtung der Pfeile B (Fig. 1), wodurch offenbar im gewölbten Bereich des Gehäuses zwischen Rotor und Endwand 9 eine Strahlwirkung entsteht. Gleichzeitig strömt ein Teil des gasförmigen Mediums von der Ansaugseite her (Fig. 1 von rechts) zwischen die Flügelräder und gelangt somit mehr oder weniger unmittelbar innerhalb oder in der Nähe der Flügelräder auf die Ausströmseite.
Dadurch entsteht eine Mischung von Strahlwirkung und querfliessendem Medium. Wegen des vollständig symmetrischen Aufbaus der Einrichtung ergibt sich eine identische, spiegelbildliche Strömung, wenn die Drehrichtung des Rotors umgekehrt wird. Das Vorhandensein der Zwischenwand 2 ist in diesem Zusammenhang sehr wichtig, da sie die Strömung des Mediums und die Strahlwirkung unterbricht und ausrichtet.
In dem Ofen 10 gemäss Fig. 3 und 4 ist ein gegen über den Fig. 1 und 2 etwas abgewandeltes Gebläse dargestellt. Ferner ist der Ofen 10 verändert. Er hat isolierte Wände und eine isolierte Tür 11, durch die der Zutritt in das Innere einer Kammer 12 möglich ist.
Diese Kammer 12 nimmt die Nahrungsmittel oder andere Gegenstände, beispielsweise auf Platten oder Schalen, auf, die mit dem gasförmigen Medium behandelt werden sollen. Der hintere Teil der Kammer 12 wird von einer Zwischenwand 13 begrenzt und die Seiten dieser Kammer werden von Reihen von vertikal angeordneten Führungsschaufeln 14 begrenzt, die eine Art von Gitterwänden bilden. Sie sind derart angeordnet, dass man eine praktisch gleichförmige Querströmung durch die Kammer 12 zwischen den Seitenwänden 15 des Ofens 10 erhält. Der Querschnitt und damit der Strömungsweg zwischen den Seitenwänden 15 vergrö ssert sich allmählich in Richtung vom vorderen Teil der Kammer 12 zum hinteren Teil und zu den Öffnun- gen Y an beiden Seiten der Zwischenwand 13.
Die Zwischenwand 13 bildet die Vorderwand des Gebläses und der Rotor 16 ist vertikal hinter dieser Zwischenwand 13 angeordnet. Der Rotor 16 trägt auf einer Welle 18 eine Mehrzahl von axial voneinander entfernten Flügelrädern 17. Es ist also ein Strömungsweg vor handen, der durch die Kammer 12, entlang der einen Seitenwand 15, durch den Bereich des Rotors 16 und entlang der anderen Seitenwand 15 zur Kammer 12 führt. Im Bereich des Rotors findet sich eine im wesentlichen U-förmige Endwand 19, an welche die Seitenwände 15 anschliessen. An den gegenüberliegenden Seiten der Zwischenwand 13 befinden sich nach hinten gerichtete Seitenteile 20, die zum Rotor hin geneigt sind und ziemlich dicht an die Flügelräder heranreichen. Dadurch hat die Zwischenwand 13 die Form eines Troges, der den Rotor teilweise umschliesst.
Vorzugsweise sind die Seitenteile 20 durch eine gewölbte Wand 21 miteinander verbunden, die dicht an die Flügelräder heranreicht, ohne diese zu berühren (strichpunktiert in Fig. 4).
Es sei darauf hingewiesen, dass die Anzahl der Flügelräder 17 auf der Welle 18 entsprechend der gewünschten Gleichmässigkeit der Strömung verändert werden kann. In gewissen Fällen, in denen der Schrank oder Ofen nur klein ist, kann ein einziges Flügelrad ausreichen. Es ist ausserdem möglich, die Kammer 12 und das Gebläse in Unterabsehnitte aufzuteilen, indem man horizontale Zwischenwände einfügt, wie dies bei 22 in Fig. 3 gestrichelt angedeutet ist. Wie insbesondere in Fig. 4 zu erkennen ist, ist der radiale Abstand zwischen den Flügelrädern 17 und der Hauptwand 19 in der Symmetrieebene klein und vergrössert sich allmählich zu den beiden Seiten hin.
Bei diesem Ausführungsbeispiel haben die Flügelfäder, genau wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, radial gerichtete und axial miteinander fluchtende Flügel, so dass in beiden Drehrichtungen des Rotors die gleichen Betriebsverhältnisse herrschen. Dies ist natürlich wesentlich für das Erreichen des gewünschten Ergebnisses.
Die Betriebsweise der Einrichtung gemäss Fig. 3 und 4 ist im wesentlichen die gleiche wie bereits anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben. Ein Unterschied besteht darin, dass derjenige Teil des Rotors, der sich im Bereich der trogartigen Wände 13, 20 und möglicherweise 21 befindet, nicht wirksam ist. Infolge des symmetrischen Aufbaues erhält man in beiden Drehrichtungen des Rotors die gleichen Strömungsverhältnisse.
Unabhängig von der Drehrichtung der Flügelräder hat eines der Seitenteile 20, nämlich dasjenige auf der Druckseite, eine ähnliche Wirkung wie die Zwischenwand 2 gemäss Fig. 1, indem es nämlich die Strahlwirkung unterbricht und den Strom des gasförmigen Mediums vom Rotor wegleitet. Wird die gewölbte Wand 21 vorgesehen, so verhindert sie das Einstrahlen von gasförmigem Medium in den von der Zwischenwand 13 und den Seitenteilen 20 gebildeten Trog und die Erzeugung von Wirbelströmungen. Obwohl in den Fig. 3 und 4 nicht dargestellt, kann eine trogartige Anordnung aus Zwischenwand 13, Seitenteilen 20 und möglicherweise Wand 21 sich in die Räume zwischen den Flügelrädern erstrecken, wie dies die Vorsprünge 8 gemäss Fig. 1 und 2 tun.
In dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 und 4 ist der Rotor 16 das einzig bewegliche Teil, und die Flügelräder 17 liegen also immer frei im Raum des Gebläses zu beiden Seiten der Symmetrieebene. Man erkennt ausserdem, dass die Flügelräder 17 sowohl einen äusseren als auch einen axialen Strömungsweg für das gasförmige Medium offen lassen.
Das gasförmige Medium kann mit bekannten Heizeinrichtungen erwärmt werden, und es kann Dampf oder Rauch durch entsprechende Öffnungen zugeführt werden.