DE202004015288U1

DE202004015288U1 - Vorrichtung zum Verteilen von Abgasen aus einer Brennkammer

Info

Publication number: DE202004015288U1
Application number: DE200420015288
Authority: DE
Original assignee: WSS GmbH
Current assignee: WSS GmbH
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2014-10-02

Abstract

Vorrichtung zum Verteilen von Abgasen aus einer Brennkammer mit nachgeordnetem Wärmetauscher in einem Dampf- und/oder Dampfheißluft- und/oder Heißluft- und/oder Mikrowellengerät zur Wärmebehandlung von Speisen, mit mindestens einem Umwälzgebläse (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer als Verteiler-Abgaskammer (21) so ausgebildet ist, dass sowohl nicht abgekühlte Abgase (12) als auch durch einen Wärmetauscher bereits gekühlte Abgase (13) oder ein Teil der gekühlten Abgase die Abgaskammer (12) durchströmen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verteilen von Abgasen aus einer Brennkammer mit nachgeordnetem Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus EP 0 856 705 B1 ist eine Wärmetauschereinrichtung für eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Speisen bekannt. Ein Problem bei gasbeheizten Wärmetauschern liegt darin, dass durch eine hohe Brennleistung, die in einer, nur einseitig vom Lüfterrad gekühlten Brennkammer entfaltet wird, die Brennkammer und der angeschlossene Teil des Wärmetauschers einer hohen thermischen Belastung ausgesetzt sind; dies führt neben einer kurzen Lebensdauer, zu einer lokalen Überhitzung und einem hohen lokalen Erwärmen des Garklimas. Auch der Temperaturgradient entlang des Wärmetauschers ist hoch, so dass am Anfang Abgastemperaturen von bis zu 1000°C und am Ende um 350°C herrschen. Durch die aus EP 0 856 705 B1 bekannte Umlenkung wird die Belastung in der Brennkammer und im ersten Teil des Wärmetauschers nicht reduziert.
Eine ähnliche Vorrichtung ist in der EP 1 176 367 A1 beschrieben, bei welcher eine gestreckte Flamme in einen spiralförmigen Rohrwärmetauscher mündet. Dabei bleibt die hohe thermische Belastung erhalten, die sich auf einen längeren Rohrabschnitt erstreckt hat. Auch wirkt sich der hohe Temperaturgradient entlang des Wärmetauschers aus.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die thermischen Belastungen mindestens einer Brennkammer und mindestens eines Wärmetauschersystems zu reduzieren und die Überhit zungszone zu beseitigen, die auch im Strömungsschatten der Umwälzgebläse-Strömung liegt und die negativen Einfluss auf das Garklima haben. Ferner soll die übertragene Heizleistung in den Wärmetauscher-Abschnitten geregelt werden.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale in dessen kennzeichnenden Teil in der Weise gelöst, dass eine Verteiler-Abgaskammer der Brennkammer eines Brenners so ausgebildet ist, dass sowohl nicht gekühlte Abgase als auch durch einen Wärmetauscher bereits gekühlte Abgase oder ein Teil der gekühlten Abgase die Abgaskammer durchströmen. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand von auf den Anspruch 1 unmittelbar oder mittelbar rückbezogenen Ansprüchen.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Verteiler-Abgaskammer in mindestens zwei Unterkammern getrennt. Ferner kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Trennwand senkrecht zur Brennerachse und/oder zur Strömungsrichtung der Flamme verlaufen.
Gemäß der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass Unterkammern durch Öffnungen miteinander kommunizieren können. Hierbei ist gemäß der Erfindung mindestens ein Abgas-Austritt aus einer ersten Unterkammer mit mindestens einem Abgas-Eintritt in die zweite Unterkammer verbunden.
Ferner ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass abgekühlte Abgase bzw. Teile von abgekühlten Abgasen mindestens in einem Wärmetauscherrohr-Abschnitt von heißem zugeführtem Abgas durch eine axialverlaufende Wand getrennt sind. Ferner kann der Wärmetauscher sowohl ein Heißluft- als auch ein Wasser-Wärmetauscher sein.
Gemäß der Erfindung ist vorzugsweise mindestens in einem Abgaspfad ein Temperaturfühler angeordnet. Bei einer erfindungsgemäßen Weiterbildung der Erfindung ist auch mindestens in einem Wärmetauscherrohr eine regelbar positionierbare Drosselklappe vorgesehen. Ferner ist es vorgesehen, dass bei mehr als einem Abgasaustrittsroh mindestens am Ende eines Rohrs eine regelbar positionierbare Klappe angeordnet ist.
Das Überraschende bei der Erfindung liegt darin, dass durch die Vermischen von heißen und kälteren Abgasen in einer Verteiler-Abgaskammer und/oder einem Wärmetauscherrohr eine Temperaturreduzierung erfolgt, welche die ungleichmäßige thermische Beanspruchung der Verteiler-Abgaskammer und des Wärmetauscherrohrs minimiert. Durch das Klappensystem im Wärmetauscherrohr und/oder außerhalb des Wärmetauscherrohres, das über einen Thermofühler ansteuerbar ist, kann die Wärmeabgabe aus den Wärmetauscherrohren entsprechend gesteuert werden.
Nachfolgend wird die Erfindung im einzelnen anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Brennkammer mit zugeordnetem Brenner;
2 ebenfalls in einer schematischen Darstellung eine weitere Ausführungsform einer Brennkammer mit zugeordnetem Brenner;
3 und 4 schematische Darstellungen jeweils eines Wärmetauschersystems mit zwei Brennkammern mit zugeordnetem Brenner;
5 und 6 jeweils vertikale Schnittansichten durch einen Geräteaufbau mit Umwälzgebläsen und Wärmetauschern;
7 eine schematische Darstellung eines Wärmetauscherprofils;
8 eine weitere vertikale Schnittansicht durch einen Geräteaufbau mit zwei Umwälzgebläsen und Wärmetauschern;
9 eine schematische Prinzipdarstellung eines Wärmetauschers;
10 eine vertikale Schnittansicht eines Geräteaufbaus mit einem Umwälzgebläse und zugeordnetem Wärmetauscher;
11 eine schematisierte Schnittdarstellung durch einen Geräteaufbau mit einem Umwälzgebläse und im Schnitt wiedergegebenen Wärmetauscherrohren, und
12 in einer Schnittansicht eine weitere Ausführungsform einer Verteiler-Abgaskammer in Verbindung mit einem Dampfgenerator.
In der schematischen Darstellung der 1 ist eine an einem Gaskammer-Gehäuse 2 gehalterte Verteiler-Abgaskammer 21 mit mehreren radial angebrachten Abgas-Austrittsrohren 32 und Abgas-Eintrittsrohren 34 wiedergegeben. Um eine einströmende Flamme 10 eines Brenners 9 ist ein Brennerschutz 7 vorgesehen, der eine gute Verbrennung der nicht voll vorgemischten Flamme ermöglicht. Durch mit Pfeilspitzen versehene Linien 4 und 5 sind eine Primärluft- bzw. Sekundärluft-Zufuhr angedeutet. In der Verteiler-Abgaskammer 21 sind durch gestrichelte Linien Abgasblenden 7 angedeutet, Ferner sind Abgaspfade 15 von aus Austrittsrohren austretenden heißen Abgasen angedeutet, welche nach Durchlaufen eines in 1 nicht dargestellten Wärmetauschers als abgekühlte Abgase Eintrittsrohren 34 zugeführt werden.
In 2 ist eine weitere Ausführungsform der Verteiler-Abgaskammer 21 mit einem axial ausgerichteten Abgas-Austrittsrohr 35 und mehreren radial angebrachten Abgas-Austrittsrohren 32 und Abgas-Eintrittsrohren 34 dargestellt. Ein Vormisch-Brenner 8 ist in der Abgaskammer 21 von einem Brennerschutz 7 umhüllt.
In der schematischen Darstellung in 3 ist ein Wärmetauscher-System mit zwei Verteiler-Abgaskammern 21 wiedergegeben. Hierbei führen sowohl die benachbarten Austrittsrohre 32 als auch die Eintrittsrohre 34 die Abgase in der gleichen Richtung. Die Temperatur der Abgase wird mittels eines Temperaturfühlers 29 gemessen. Mit Hilfe des gemessenen Werts werden Drosselklappen 24 in die entsprechende gewünschte Lage gebracht. In 3 ist am Ende eines der Austrittsrohre 22 eine steuerbare Klappe 25 vorgesehen.
In 4 ist in einer schematischen Darstellung ein Wärmetauscher-System mit zwei Verteiler-Abgaskammern 21 dargestellt, welche bezogen auf benachbarte Rohre 32 bzw. 34 in entgegengesetzten Richtungen durchströmt werden. Ferner sind wieder verschiedene Abgaspfade angedeutet, auf welchen heiße Abgase 12 nach Durchlaufen eines in 4 nicht dargestellten Wärmetauschers als gekühlte Abgase 13 wieder in eine der beiden Abgaskammern eintreten.
In der vertikalen schematisierten Schnittansicht durch einen Geräteaufbau in 5 sind zwei Umwälzgebläse 8, eine Verteiler-Abgaskammer 21 mit nach oben bzw. nach unten ausgerichteten Wärmetauscherrohren 37 sowie ein Abgasrohr 22 zu erkennen. Hierbei verläuft die Achse der Verteiler-Abgaskammer 21 senkrecht zur Zeichenebene und damit senkrecht zur einer in 5 nicht dargestellten Motorwand.
In 6 ist eine vertikale Schnittansicht durch einen ähnlichen Aufbau wie in der 5 wiedergegeben, mit dem Unterschied, dass die Achse der Verteiler-Abgaskammer 21 parallel zur einer in 6 ebenfalls nicht dargestellten Motorwand verläuft.
In der schematisierten Prinzipdarstellung der 7 sind nicht näher bezeichnete Rohre eines Wärmetauschers in Form eines Achter-Profils angeordnet. Hierbei können Anfang und Ende der Rohre zueinander versetzt werden, um so eine Spiralform zu erhalten.
In der in 8 wiedergegebenen vertikalen Schnittansicht durch einen Geräteaufbau sind zwei Umwälzgebläse 8, eine Verteiler-Abgaskammer 21 mit Wärmetauscherrohren 39 und zwei Abgasausgangsrohren 22 wiedergegeben. Hierbei verläuft die Achse der Verteiler-Abgaskammer 21 senkrecht zur Zeichenebene und damit auch senkrecht zu einer in 8 nicht dargestellten Motorwand. Um die Heizleistung zwischen den oberen und unteren Wärmetauscherrohren regeln zu können, wird die Abgastemperatur in 8 mittels eines Temperaturfühlers 29 gemessen. Mit Hilfe einer Drosselklappe 24 und einer Endklappe 25 werden die Abgasvolumenströme entsprechend geregelt.
In der schematischen Prinzipdarstellung in 9 ist eine prisma-ähnliche Form des Wärmetauschers in 8 skizziert, wobei Anfang und Ende der nicht näher bezeichneten Rohre gegeneinander versetzt werden können, um auf diese Weise wieder eine Spiralform zu erhalten.
In 10 sind in einer weiteren vertikalen Schnittansicht durch einen Geräteaufbau ein Umwälzgebläse 8, zwei Verteiler-Abgaskammern 21 mit einem Wärmetauscherrohr 31 sowie ein Abgasausgangsrohr 22 wiedergegeben. Hierbei verlaufen die Achsen der beiden Verteiler-Abgaskammern 21 senkrecht zur Zeichenebene und damit wieder senkrecht zu einer nicht dargestellten Motorwand.
In der schematischen Schnittansicht durch einen Geräteaufbau in 11 ist ein einem Garraumgehäuse 2 untergebrachtes Umwälzgebläse 8 und im Schnitt ein Wärmetauscherrohr 31 dargestellt. In dem Wärmetauscherrohr 31 ist eine Trennwand 41 angedeutet, durch die das Wärmetauscherrohr 31 in Axialrichtung unterteilt ist. Die dem Gebläse 8 benachbarte Außenfläche 43 des Wärmetauscherrohrs 31 bildet zusammen mit der Trennwand 41 einen Kanal für heiße – durch schwarze Punkte angedeutete – Abgase 12, während der zweite Teil des Kanals, der durch eine Rohrfläche 42 und die Trennwand 41 begrenzt ist, die durch Kreuze angedeuteten Abgase 13 führt. Durch diese Ausbildung des Wärmetauscherrohrs ist die Temperaturverteilung auf dem Rohrumfang vergleichmäßigt.
In 12 ist in einer Schnittansicht eine Ausführungsform einer durch Abgase 13 gekühlten Verteiler-Abgaskammer 21 dargestellt, der in einem Dampfgenerator 47 untergebracht ist. An der Oberseite des Dampfgenerators ist ein Umwälzgebläse 8 angedeutet, dem ein Brenner 9 mit Brennerschutz 7 zugeordnet ist. Ferner ist durch eine gestrichelte Linie eine Abgasblende 23 angedeutet. Der Dampfgenerator 47 ist mit Wasser 48 gefüllt; in dem Wasser befindet sich der überwiegende Teil des Wärmetauschers. Im übrigen entspricht die Funktionsweise im wesentlichen derjenigen der 2. Aus dem Dampfgenerator 47 strömt durch einen Pfeil 49 angedeuteter Dampf.

Claims

Vorrichtung zum Verteilen von Abgasen aus einer Brennkammer mit nachgeordnetem Wärmetauscher in einem Dampf- und/oder Dampfheißluft- und/oder Heißluft- und/oder Mikrowellengerät zur Wärmebehandlung von Speisen, mit mindestens einem Umwälzgebläse (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer als Verteiler-Abgaskammer (21) so ausgebildet ist, dass sowohl nicht abgekühlte Abgase (12) als auch durch einen Wärmetauscher bereits gekühlte Abgase (13) oder ein Teil der gekühlten Abgase die Abgaskammer (12) durchströmen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht gekühlten Abgase (12) und die bereits gekühlten Abgase (13) oder ein Teil der gekühlten Abgase, durch eine Trennwand (41) voneinander getrennt, in mindestens einem Längsabschnitt eines Abgasaustritts-Rohrs (32) strömen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass abgekühlte Abgas-Ströme (13) in der Verteiler-Abgaskammer (21) in zueinander entgegengesetzten Richtungen erfolgen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an die Verteiler-Abgaskammer (21) ein Wärmetauscher (37) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (37) spiralförmig an die Verteiler-Abgaskammer (21) anschließbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (37) achterförmig verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauscherrohr (39) in Form eines Prismas geführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Wärmetauscher (37) oder Wärmetauscherrohr (39) eine gesteuert positionierbare Drosselklappe (24) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ende mindestens eines Austrittsrohres (32) eine steuerbare Klappe (25) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Wärmetauscher (37) mindestens ein Temperaturfühler positionierbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Verteiler-Abgaskammer (21) mit mindestens einem Wärmetauscher (37) zusammenwirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Wärmetauscher (37) mindestens durch ein Aus trittsrohr (22) Abgase außerhalb eines Garraumes (1) abführbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteiler-Abgaskammer (21) und mindestens ein nachgeordneter Wärmetauscher (37) von einem Umwälzgebläse (8) gekühlt sind.