DE69211464T2 - Mit einer Flamme beheizter Wärmetauscher - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft flammenbeheizte Wärmeaustauscher für Kochsysteme, bei denen atmosphärische Verunreinigungen während des Kochvorganges erzeugt und zu dem Wärmeaustauscher für eine Behandlung umgewälzt werden.
• Die Zubereitung von Kartoffelchips, Maischips, Hühnchen, Fleischbällchen und dergleichen in einem heißen Ölbad führt zu einer Erzeugung von Nebel über dem Bad. Dieser Nebel umfaßt Kohlenwasserstoffe, Teilchen, Öltröpfchen, Rauch, aus dem Nahrungsmittel freigesetztes Wasser sowie Fette und andere kohlenstoffhaltige und geruchserzeugende Bestandteile, die während des Kochprozesses freigesetzt werden. Diese werden nachstehend als "Verunreinigungsstoffe" bezeichnet. Während es früher üblich war, solche Verunreinigungsstoffe in die Atmosphäre zu entlassen, schreiben die heutigen Verordnungen für saubere Luft vor, daß ein Anlagenbetreiber die Menge der in die Umgebung abgegebenen Verunreinigungsstoffe in hohem Ausmaß minimiert.
• Um eine minimale Freigabe von Verunreinigungsstoffen zu erreichen, hat man erkannt, daß Verbesserungen an den Wärmeaustauschern erforderlich sind, die bei Nahrungsmittelzubereitungssystemen für Fernbeheizung entweder eines Kochfluids, wie Öl oder Wasser, oder die Erhitzung eines Wärmeübertragungsfluids, beispielsweise eines Wärmeträgeröls, verwendet werden. Solche Verbesserungen sollen zum Ergebnis haben, daß die von dem System emittierten Gerüche stark reduziert, wenn nicht sogar nicht mehr feststellbar, sind, was der am meisten erwünschte Zustand wäre, der anzeigt, daß die Verunreinigungsstoffe auf einem sehr niedrigen, akzeptablen Pegel liegen. Man nimmt an, daß die Förderung einer großen Menge von Verunreinigungsstoffen aus dem Kochgerät zu der Verbrennungskammer des Wärmeaustauschers häufig durch die Verbrennungskammer und durch den Abgaskamin hindurchgeht, wodurch in der Nähe der Anlage ein verräterischer Geruch verbleibt, was unzulässig ist. Man geht davon aus, daß der Strom der Gase in der Verbrennungskammer ein laminares Muster aufweist, was eine Tendenz zur Minimierung einer Vermischung der Verunreinigungsstoffe mit den Verbrennungsgasen bedeutet. Verbesserungen bei der Auslegung der Verbrennungskammer sollten deshalb im Idealfall ein höheres Maß einer Vermischung ergeben, beispielsweise in größerem Ausmaß eine turbulente Strömung der Dämpfe der Verunreinigungsstoffe und der Verbrennungsprodukte erzeugen, so daß nur ein äußerst minimaler Geruchsaustritt aus dem Wärmeaustauscherkamin feststellbar ist. Ein bekannter Parameter für die Verweil- oder Aufenthaltszeit der Gase in einer Verbrennungskammer ist drei Zehntel einer Sekunde bei 760ºC (1400ºF). Wenn die Produkte während dieser Zeit in der Verbrennungskammer gehalten werden, wird eine innige Vermischung und Geruchsreduzierung erreicht, vorausgesetzt, daß eine ausreichende Turbulenz vorhanden ist, um ein Mischen der Verunreinigungsstoffe und Verbrennungsgase zu gewährleisten.
• Aus der EP-A-0 342 365 ist ein flammenbeheizter Wärmeaustauscher für ein Koppelung mit einem System zum Kochen eines Nahrungsmittels in einem Kochfluid bekannt, wodurch Kochdämpfe und während des Kochens freigesetzte Geruchsverunreinigungsstoffe erzeugt werden, die wiedergewonnen und zu einem Flammenbrenner des Wärmeaustauschers für eine Verbrennung umgewälzt werden, die zur Reduzierung der an die Atmosphäre abgegebenen Verunreinigungen dient. Diese bekannte Anordnung hat ein Gehäuse, das eine Rohranordnung für ein Wärmeaustauschfluid oder für ein zum Kochen des Nahrungsmittels zu erhitzendes Kochfluid sowie eine Verbrennungskammer umschließt, einen Brenner, der an dem Gehäuse zum Ausstoßen einer Flamme in der Verbrennungskammer angeordnet ist, und eine in der Nähe der Brennereinrichtung angeordnete Kammer, die für die Aufnahme von Kochdämpfen auf dem Kochsystem ausgerüstet ist und eine Abführöffnung hat, die zur Abgabe solcher Dämpfe und Geruchsverunreinigungsstoffe in die Verbrennungskammer dient.
• Die vorliegende Erfindung stellt einen flammenbeheizten Wärmeaustauscher für eine Koppelung mit einem System zum Kochen eines Nahrungsmittels in einem Kochfluid, wodurch Kochdämpfe und während des Kochens freigesetzte Geruchsverunreinigungsstoffe erzeugt werden, die wiedergewonnen und zu dem Flammenbrenner des Wärmeaustauschers für eine Verbrennung umgewälzt werden, die zur Reduzierung der an die Atmosphäre abgegebenen Verunreinigungen dient,
• - mit einer Gehäuseeinrichtung, die eine Rohranordnung für ein Wärmeaustauschfluid oder für ein zum Kochen des Nahrungsmittels zu erhitzendes Kochfluid sowie eine Verbrennungskammer umschließt,
• - mit einer Brennereinrichtung, die an dem Gehäuse zum Ausstoßen einer Flamme zentral in die Verbrennungskammer angeordnet ist,
• - mit in der Nähe der Brennereinrichtung angeordneten Kammereinrichtungen, die für die Aufnahme von Kochdämpfen aus dem Kochsystem ausgerüstet sind und eine Abführöffnung haben, die zur Abgabe solcher Dämpfe und Geruchsverunreinigungsstoffe in die Verbrennungskammer zum Mitreißen in den Strom der Verbrennungsprodukte aus dem Brenner dient,
• - mit Trenneinrichtungen, die in der Verbrennungskammer angeordnet sind und sich quer in einer Ebene erstrecken, die insgesamt senkrecht zur Hauptachse des Brenners ist, wobei die Trenneinrichtungen eine zentrale Öffnung aufweisen, die dazu dient, Verbrennungsgase durch sie hindurch längs des Weges zu der Rohranordnung hin zu einer Abgasabführung aus dem Wärmeaustauscher zu führen, und
• - mit einem kegelstumpfförmigen, die Turbulenz erhöhenden Körper, der in der Verbrennungskammer im Abstand von den Trenneinrichtungen so angeordnet ist, daß längs der Seitenwände des Körpers durch die Öffnung in den Trenneinrichtungen hindurch ein ringförmiger Strömungsschlitz gebildet wird, bereit,
• - wobei der Körper so angeordnet ist, daß er zur Brennerflamme vorsteht, daß seine größere Grundfläche von dem Brenner weg angeordnet ist und daß er einen zentralen Strömungsdurchlaß hat, der sich durch ihn hindurch erstreckt.
• In den beiliegenden Zeichnungen ist
• Fig. 1 eine schematischen Ansicht eines Kochsystems für Nahrungsmittel, bei welchem das Kochfluid in einem minimale Verunreinigungen zulassenden Wärmeaustauscher erhitzt wird,
• Fig. 2 eine Ansicht in Richtung der Pfeile 2-2 von Fig. 1,
• Fig. 3 eine Ansicht in Richtung der Pfeile 3-3 von Fig. 2,
• Fig. 4 eine Schnittansicht in Richtung der Pfeile 4-4 von Fig. 1 und
• Fig. 5 eine Ansicht in Richtung der Pfeile 5-5 von Fig. 4.
• Wie in Fig. 1 der Zeichnungen gezeigt ist, ist ein flammenbeheizter Wärmeaustauscher 10 in einem System 11 zum Kochen eines Nahrungsmittels in einem Kochgefäß 12 angeordnet. Das Kochgefäß 12 kann zum Zubereiten von Kartoffelchips, Maischips, Hühnchenteilen, Fleischbällchen und dergleichen ausgestattet sein und ist zu diesem Zweck mit einem Kochfluid oder einem Wärmeübertragungsfluid versehen, das durch den Wärmeaustauscher 10 in dem gewünschten Zubereitungsbereich von gewöhnlich etwa 82ºC (180ºF) bis etwa 204ºC (400ºF) und im Falle eines Wärmeübertragungsfluids in einem Bereich von 204ºC (400ºF) bis etwa 315ºC (600ºF) gehalten wird. Einer oder mehrere Ölauslässe 13 aus dem Kochgefäß 12 führen Öl zu einer Feingutentfernungseinheit 14, wo Feststoffe aus dem Zubereitungsöl vor der Förderung zu einer Hauptsystempumpe 16 entfernt werden, die Öl in Richtung der Pfeile 15 bei dem Heizrohrbündel 17 des Wärmeaustauschers 10 für die Wiederaufheizung fördert. Das Öl tritt aus dem Rohrbündel 17 aus und wird durch eine Leitung 18 über einen oder mehrere Öleinlässe 19 in das Kochgefäß 12 geführt.
• Um Dampfemissionen aus dem Kochgefäß 12 daran zu hindern, die Atmosphäre zu verunreinigen, die die Anlage umgibt, wo das System 11 installiert ist, werden die bei dem Kochprozeß in dem Kochgefäß 12 erzeugten Verunreinigungsstoffe aus einem Kochgefäßabzug 21 gesammelt. Über dem Kochfluid in dem Kochgefäß 12 erzeugt ein Gebläse 22 einen Zug oder Unterdruck, so daß die Dämpfe aus den kochenden Nahrungsmitteln durch den Abzug 21 gezogen werden und dabei zunächst auf einen Ölnebelabscheider 23 treffen, der dazu dient, Öltröpfchen aus dem Kochgefäß zu entfernen, damit das Öl bei dem Prozeß wiederverwendet wird. In der Kochgefäßabzugsleitung 21 sitzt vor dem Gebläse 22 ein Steuerorgan 24, durch das der Abzug aus dem Kochgefäß zu einer Kammer 26 stromab vom Gebläse 22 gefördert werden kann, wobei die Kammer so ausgerüstet ist, daß sie Dämpfe aus dem Kochgefäß 12 zu einer Stelle in dem Wärmeaustauscher 10 angrenzend an einen Brenner 34 abführt, damit sie in den turbulenten Strom der Verbrennungsprodukte mitgerissen werden. Durch eine Leitung 28 wird ein Luftverdünnungsstrom, der Frischluft und Abgas aus dem Wärmeaustauscher umfaßt, in den Strom des Kochgefäßabzuges 21 gefördert und durch Reguliereinrichtungen 29 und einen barometrischen Schieber 30 so gesteuert, daß gewährleistet ist, daß das notwendige Volumengemisch und die Temperatur der Gemische die Kammer 26 erreicht und in eine Verbrennungskammer 31 des Wärmeaustauschers 10 abgeführt wird.
• Der in Fig. 1 schematisch gezeigte Wärmeaustauscher 10 ist insgesamt L-förmig und hat eine insgesamt horizontal angeordnete Verbrennungskammer 31, die einen rechten Winkel mit einer Rohrbündelkammer 32 bildet, welche das Rohrbündel 17 aufnimmt. Die Wände des Wärmeaustauschers 10 sind aus Stahl hergestellt und gut isoliert, was durch die Querschraffierung in Fig. 1 dargestellt ist, wobei in der Industrie bekannte feuerbeständige Materialien verwendet werden. Der Brenner 34 ist an einem Ende der Verbrennungskammer 31 montiert und kann entweder flüssigen oder gasförmigen Brennstoff verbrennen, was von der Verfügbarkeit und den Kosten des Brennstoffs abhängt. Der Brenner ist so angeordnet, daß seine Flamme 27 axial längs des Mittelabschnitts der Verbrennungskammer 31 zu einer Trennwand 36 hin feuert, die eine zentrale Öffnung 37 aufweist, durch die die Verbrennungsgase aus der Verbrennungskammer 31 zu einem Auslaß 38 des Wärmeaustauschers 10 strömen müssen.
• Zur Steigerung der Turbulenz für ein Mischen und Verringern des laminaren Gasstroms in der Verbrennungskammer ist in einer im wesentlichen schließenden Beziehung bezüglich des Lochs oder der Öffnung 37 ein kegelstumpfförmiger Körper 41 angeordnet, wobei seine größere Grundfläche weg von der Flamme und die kleinere Grundfläche näher zur Flamme 27 gemäß Fig. 4 und 5 angeordnet sind. Der konusförmige Körper 41 ist an der Trennplatte 36 durch eine oder mehrere Stützplatten 42 gehalten und konzentrisch zu der Öffnung 37 angeordnet, so daß, wie in Fig. 4 zu sehen ist, ein ringförmiger Schlitz 44 gebildet wird, durch den die Verbrennungsgase strömen. Das heißt mit anderen Worten, daß der konische Körper 41 in etwa als ein Spund oder eine Auftreffplatte in der Verbrennungskammer dient, um die Turbulenz, die Gleichförmigkeit der Gastemperatur und die Gleichförmigkeit der Gasvermischung zwischen den Verunreinigungsstoffgasen, die der Verbrennungskammer aus der Kammer 26 zugeführt werden, und den Verbrennungsprodukten zu steigern, die von dem Brenner 34 abgegeben werden. Der Spund oder die Auftreffplatte 41 hat eine zentral angeordnete Öffnung 46, die als Gasdurchlaß in die Rohrkammer 32 dient. Dadurch erfolgt der Strom der Heizgase aus der Verbrennungskammer zur Rohrkammer durch den ringförmigen Schlitz 44 und durch die zylindrische Öffnung 46. Das Vorhandensein der Öffnung dient dazu, den laminaren Strom längs der konischen Fläche des Körpers 41 zu verringern und die Stagnationszone des Gasstroms hinter dem oder stromab von dem Körper 41 zu reduzieren.
• Eine typische wirksame Beziehung zwischen dem Innenseitenradius "A" der Verbrennungskammer 31, dem Radius "B" der Öffnung 37 und dem Radius "C" der Basis des Spundes 41 lautet wie folgt: A = 0,91 m (36 Zoll); B = 0,57 m (22,5 Zoll) und C = 0,53 m (21 Zoll). Der Abstand von der Trennplatte 36 zur Basis des Spundes 41 kann etwa 0,41 m (16 Zoll) betragen.
• Die Abmessungen wurden so gewählt, daß in der Verbrennungskammer ein Zustand mit reduziertem laminarem Gasstrom und einer gesteigerten turbulenten Strömung erzeugt wird. Bei typischen Feuerungsdurchsätzen zur Aufrechterhaltung einer Verbrennungskammertemperatur von etwa 760ºC (1400ºF) erzeugt der Gasstrom quer über der Auftreffplatte oder dem Spund 41, was insgesamt durch die Pfeile in Fig. 5 dargestellt ist, eine Einschnürung, die in der Fläche größer als die Öffnung 37 ist und die in einem Abstand stromauf von der Trennplatte 36 verweilt. Der Gasstrom durch die Öffnung 37 erzeugt eine Einschnürung, die kleiner in der Fläche ist als die Öffnung 37 und die in einem Abstand stromab von der Trennplatte 36 verweilt. Dies dient zur Erzeugung eines stärker turbulenten Zustands und dazu, die Gase in der Verbrennungskammer etwas länger zu halten, als wenn die vorstehend erwähnten Bauelemente fehlen würden. Ein wesentliches Ergebnis besteht in der Verringerung der laminaren Strömung durch die Verbrennungskammer bei erhöhter Temperatur und gesteigerter Vermischungsgleichförmigkeit der Verunreinigungsstoffe mit den Verbrennungsgasen zur Erzielung einer vollständigeren Verbrennung der Verunreinigungsstoffe, wodurch der gewünschte niedrige Wert an Verunreinigungsemissionen in die Atmosphäre aus dem Wärmeaustauscherauslaß 38 erreicht wird.
• Damit die Position des Spundes oder Auftreffkörpers 41 bezüglich der am meisten erwünschten Position bezüglich der gewählten Temperaturzone der Flamme und ihrer Position an der Öffnungsplatte 36 optimiert werden kann, werden ein oder mehrere Stützelemente 42 und Träger 43 mit einer Reihe von Öffnungen und Befestigungseinrichtungen versehen, wodurch unterschiedliche Positionen für die Einstellung des Körpers 41 ausgewählt werden können.
• Die Trennwand 36 wird von der Stahlseitenwand 35 des Wärmeaustauschers durch in Krümmungsrichtung im Abstand angeordnete Stützträger 48 gehalten, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. In die Trennplatte 36 sind Schlitze 49 eingeschnitten, die in die Öffnung 37 münden, damit die Expansion und Kontraktion der Trennplatte entsprechend der auf sie einwirkenden Wärmelast aufgenommen werden kann.
• Wie insbesondere aus Fig. 2 und 3 zu ersehen ist, hat die Kammer 26 einen Auslaß 51 und ein Abführventil 52, wodurch eventuell darin gesammelte Flüssigkeit entfernt werden kann. Man sieht, daß der Hals 53 der Kammer die Brennerflamme 27 einhüllt, wodurch gewährleistet ist, daß durch das Verunreinigungsstoffgebläse zur Kammer transportierte Verunreinigungsstoffe in die Verbrennungskammer konzentrisch zur Brennerflamme 27 eingeführt werden.

Claims (6)

1. Flammenbeheizter Wärmeaustauscher (10) für eine Koppelung mit einem System (11) zum Kochen eines Nahrungsmittels in einem Kochfluid, wodurch Kochdämpfe und während des Kochens freigesetzte Geruchsverunreinigungsstoffe erzeugt werden, die wiedergewonnen und zu dem Flammenbrenner des Wärmeaustauschers für eine Verbrennung umgewälzt werden, die zur Reduzierung der an die Atmosphäre abgegebenen Verunreinigungen dient,

- mit einer Gehäuseeinrichtung (32), die eine Rohranordnung (17) für ein Wärmeaustauschfluid oder für ein zum Kochen des Nahrungsmittels zu erhitzendes Kochfluid sowie eine Verbrennungskammer (31) umschließt,

- mit einer Brennereinrichtung (34), die an dem Gehäuse zum Ausstoßen einer Flamme (27) zentral in die Verbrennungskammer (31) angeordnet ist,

- mit in der Nähe der Brennereinrichtung (34) angeordneten Kammereinrichtungen (26), die für die Aufnahme von Kochdämpfen aus dem Kochsystem ausgerüstet sind und eine Abführöffnung (53) haben, die zur Abgabe solcher Dämpfe und Geruchsverunreinigungsstoffe in die Verbrennungskammer (31) zum Mitreißen in den Strom der Verbrennungsprodukte aus dem Brenner dient, dadurch gekennzeichnet, - daß in der Verbrennungskammer (31) Trenneinrichtungen (36) angeordnet sind und sich quer in einer Ebene erstrecken, die insgesamt senkrecht zur Hauptachse des Brenners ist, wobei die Trenneinrichtungen (36) eine zentrale Öffnung (37) aufweisen, die dazu dient, Verbrennungsgase durch sie hindurch längs des Weges zu der Rohranordnung (17) hin zu einer Abgasabführung (38) aus dem Wärmeaustauscher (10) zu führen, und

- daß in der Verbrennungskammer (31) im Abstand von den Trenneinrichtungen (36) ein kegelstumpfförmiger, die Turbulenz erhöhender Körper (41) so angeordnet ist, daß längs der Seitenwände des Körpers (41) durch die Öffnung (37) in den Trenneinrichtungen (36) hindurch ein ringförmiger Strömungsschlitz (44) gebildet wird,

- wobei der Körper (41) so angeordnet ist, daß er zur Brennerflamme (27) vorsteht, daß seine größere Grundfläche von dem Brenner weg angeordnet ist und daß er einen zentralen Strömungsdurchlaß (46) hat, der sich durch ihn hindurch erstreckt.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (42, 43) für ein solches Anbringen des kegelstumpfförmigen Körpers (41) vorgesehen sind, daß der Körper mit ausgewählten Abständen von den Trenneinrichtungen (36) zur Änderung der Größe des ringförmigen Schlitzes (44) und zur Änderung der Durchsätze durch den ringförmigen Schlitz (44) angeordnet wird.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Turbulenz erhöhende Körper (41) in einem Abstand bezüglich der Trenneinrichtungen (36) angeordnet ist, wobei sich die größere Grundfläche des Körpers am nächsten bezüglich der Trenneinrichtungen (36) und insgesamt parallel dazu befindet, und daß der Durchmesser der größeren Grundfläche so gewählt ist, daß eine von dem Gasstrom bezüglich des Körpers (41) stromauf von den Trenneinrichtungen erzeugte Einschnürung im Durchmesser größer als der Durchmesser der zentralen Öffnung (37) in den Trenneinrichtungen (36) ist.

4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinere Grundfläche des die Turbulenz erhöhenden Körpers (41) eine Öffnung (46) für einen Gasdurchstrom hat und dazu dient, das Vermischen der Verunreinigungsstoffe und der Verbrennungsgase zu verbessern.

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der größeren Grundfläche des Körpers (41) so gewählt wird, daß die erwähnte Einschnürung im Durchmesser größer ist als eine Einschnürung, die von dem Gasstrom durch die zentrale Öffnung (37) der Trenneinrichtungen (36) stromab von den Trenneinrichtungen erzeugt wird.

6. Kochvorrichtung mit einem Wärmeaustauscher nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch.