EP0856705A1 - Wärmetauschereinrichtung - Google Patents

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EP0856705A1
EP0856705A1 EP97120541A EP97120541A EP0856705A1 EP 0856705 A1 EP0856705 A1 EP 0856705A1 EP 97120541 A EP97120541 A EP 97120541A EP 97120541 A EP97120541 A EP 97120541A EP 0856705 A1 EP0856705 A1 EP 0856705A1
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heat exchanger
bend
exchanger tube
tube
cantilevered
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/08—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C15/00—Details
    • F24C15/32—Arrangements of ducts for hot gases, e.g. in or around baking ovens
    • F24C15/322—Arrangements of ducts for hot gases, e.g. in or around baking ovens with forced circulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24C15/00—Details
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    • F24C15/322—Arrangements of ducts for hot gases, e.g. in or around baking ovens with forced circulation
    • F24C15/327—Arrangements of ducts for hot gases, e.g. in or around baking ovens with forced circulation with air moisturising

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger device a fan wheel, in particular a radial fan wheel, a Burner and at least one associated with the burner Heat exchanger tube which surrounds the fan wheel.
  • Such a heat exchanger device is known from EP 0 526 768 B1 known; it is used to cook food in a cooking chamber of a corresponding device.
  • the heat exchanger tube preferably has in the region of the cantilever Bend an enlarged cross section. Because of the reversal of the flow direction results in Area of the bend increased due to a vortex formation Flow resistance, which by the invention Cross-sectional expansion is compensated. Ideally is this expanded cross section dimensioned so that the Flow resistance in the area of the bend essentially is the same as in the two pipe sections to which the Guide the bend towards or away from it. With that the Avoid danger of local overheating.
  • An enlarged cross section in the cantilever area Bend can be achieved in particular that the two pipe sections, which are the cantilevered bend form, meet at an acute angle.
  • the heat exchanger tube advantageously has Cantilever bend an oval Cross-section.
  • the cantilevered bend can preferably be caused by a change in direction be formed by 180 ° in the heat exchanger tube.
  • the cantilevered bend horizontal or vertical end creates that first with a sufficient distance to other system components can be provided so that thermal expansion without problems can be included or compensated.
  • the cantilevered bend is more preferably removed from Fastening points of the heat exchanger tube on a housing wall or the like provided.
  • the heat exchanger tube around the fan wheel along the outline a rectangular surface.
  • the heat exchanger tube surrounds the fan in the form of a square or rectangle, the pipe curvatures in the respective Corners of this rectangle.
  • this arrangement is the usual cuboid Geometries of rooms for the heat treatment of food advantageous because in this way an optimal use of space is achieved.
  • the heat exchanger tube following the bend parallel to the Mr. Touch can be returned, so that a compact and simple arrangement of the heat exchanger tube can be made can.
  • the invention makes it possible without expensive corrugated pipes get along and in particular heat exchanger tubes use that are at least smooth on the outside. This enables hygienic, advantageous cleaning.
  • the tube can be made sufficiently solid be so that the risk of mechanical damage is low is and the lifespan and operational safety are guaranteed.
  • a heat exchanger device is preferred, as before described in a device for heat treatment of Food used, the heat exchanger device in Cooking space of the device can be arranged without adverse influences on the food to be cooked would be feared.
  • the simple cleaning options represent a particular advantage of the heat exchanger device for the intended use.
  • FIGS. 1 and 2 In the heat exchanger devices shown in FIGS. 1 and 2 are all surrounding components, such as Housing parts, fastening parts, connections and the like omitted.
  • a heat exchanger tube 14 placed such that it is initially based on a combustion chamber 12 in the there is a burner or on which a burner acts, essentially along a square outline is guided, being in the corner areas of the imagined Squares the curvature of the pipe according to the material specification is laid.
  • the heat exchanger tube 14 After the heat exchanger tube 14 almost one complete circulation around the fan 10 is formed it returned with a change of direction of 180 °, forming a cantilevered bend 16 which according to the drawing, down depends and one sufficient to absorb the thermal expansion Distance from other system components.
  • the heat exchanger tube 14 is then on the outline of the same square returned and ends in a not shown Connection. As long as the attachment points are sufficient are removed from the cantilevered bend 16, these are relieved of the thermal stresses that for the most part of the cantilevered bend 16 or the one formed thereby End section are included.
  • the two pipe sections 16a and 16b meet at an acute angle in the region of the cantilevered bend 16.
  • the heat exchanger tube has an essentially circular cross section with a diameter D 1 .
  • the tube has an essentially elliptical cross section, the small axis of the ellipse having the length D 1 and the large axis of the ellipse having the length D 2 .
  • D 2 is about 1.2 to 1.4 times D2, for example 1.3 times.
  • the cross-sectional area of the heat exchanger tube 14 in the region of the bend 16 is approximately 20% to 40% larger than in the other regions of the tube 14.
  • an enlarged tube cross section in the other bent regions of the heat exchanger tube, in particular in the Edge areas can be provided with a deflection of substantially 90 °.

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Abstract

Eine Wärmetauschereinrichtung, mit einem Lüfterrad, insbesondere einem Radial-Lüfterrad, einem Brenner und zumindest einem dem Brenner zugeordneten Wärmetauscherrohr, welches das Lüfterrad umgibt, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauscherrohr in zumindest einem Abschnitt zu einer freikragenden Biegung gekrümmt ist. Eine bevorzugte Verwendung der Wärmetauschereinrichtung ist in einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Speisen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauschereinrichtung mit einem Lüfterrad, insbesondere einem Radial-Lüfterrad, einem Brenner und zumindest einem dem Brenner zugeordneten Wärmetauscherrohr, welches das Lüfterrad umgibt.
Eine solche Wärmetauschereinrichtung ist aus der EP 0 526 768 B1 bekannt; sie wird zum Garen von Nahrungsmitteln in einem Garraum einer entsprechenden Vorrichtung eingesetzt.
Ein Problem bei gasbeheizten Wärmetauschern ist, daß durch die hohen Temperaturen Spannungen entstehen, die einerseits von den Rohren aufgenommen werden müssen, die andererseits das Rohr aber insbesondere an den Befestigungsstellen am Gehäuse, an einem Rahmen oder dergleichen belasten. Gleichzeitig ist einhoher Wirkungsgrad des Wärmeaustausches anzustreben. Die EP 0 526 768 B1 schlägt dazu vor, das Wärmetauscherrohr spiralförmig um das Lüfterrad zu führen, wodurch eine gleichmäßigere Wärmeausdehnung des Wärmetauscherrohres mit gleichzeitig optimiertem Wärmeaustausch erfolgen soll.
Es bleibt das Problem, daß weiterhin die Befestigungsstellen des Wärmetauscherrohres an der Gehäusewand oder dergleichen belastet werden. Dieses Problem zu lösen, hat sich die Erfindung zur Aufgabe gestellt.
Dazu ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß bei der Wärmetauschereinrichtung der eingangs genannten Gattung das Wärmetauscherrohr in zumindest einem Abschnitt zu einer freikragenden Biegung gekrümmt ist. Diese freikragende Riegung nimmt die Wärmedehnungen auf, so daß die Befestigungsstellen des Wärmetauscherrohres weitgehend entlastet werden.
Bevorzugt weist das Wärmetauscherrohr im Bereich der freikragenden Biegung einen vergrößerten Querschnitt auf. Wegen der Umkehr der Strömungsrichtung ergibt sich im Bereich der Biegung aufgrund einer Wirbelbildung ein erhöhter Strömungswiderstand, der erfindungsgemäß durch die Querschnittserweiterung ausgeglichen wird. Idealerweise ist dieser erweiterte Querschnitt so bemessen, daß der Strömungswiderstand im Bereich der Biegung im wesentlichen derselbe wie in den beiden Rohrabschnitten ist, die zu der Biegung hin- bzw. von dieser wegführen. Damit wird die Gefahr einer lokalen Überhitzung vermieden.
Ein vergrößerter Querschnitt im Bereich der freikragenden Biegung kann insbesondere dadurch erreicht werden, daß die beiden Rohrabschnitte, welche die freikragende Biegung bilden, in einem spitzen Winkel aufeinandertreffen.
Vorteilhafterweise besitzt das Wärmetauscherrohr im Bereich der freikragenden Biegung einen ovalen Querschnitt.
Bevorzugt kann die freikragende Biegung durch eine Richtungsänderung im Wärmetauscherrohr um 180° gebildet sein. Beispielsweise wird durch die freikragende Biegung ein horizontales oder vertikales Ende erzeugt, das zunächst mit hinreichendem Abstand zu anderen Systemkomponenten vorgesehen sein kann, so daß Wärmedehnungen ohne Probleme aufgenommen bzw. ausgeglichen werden können.
Weiter bevorzugt ist die freikragende Biegung entfernt von Befestigungsstellen des Wärmetauscherrohrs an einer Gehäusewand oder dergleichen vorgesehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Wärmetauscherrohr um das Lüfterrad entlang des Umrisses einer rechtwinkligen Fläche geführt. Das Wärmetauscherrohr umgibt das Gebläse dabei in Form eines Quadrats oder Rechteckes, wobei die Rohrkrümmungen in den jeweiligen Ecken dieses Rechteckes liegen. Dadurch wird eine besonders große Fläche für den Wärmeaustausch geschaffen. Außerdem ist diese Anordnung bei den üblichen quaderförmigen Geometrien von Räumen zur Wärmebehandlung von Speisen vorteilhaft, da auf diese Weise eine optimale Raumausnutzung erreicht wird.
Wenn die freikragende Biegung an der Stelle oder in der Nähe der Stelle eines vollständigen Umlaufs des Wärmetauscherrohres um das Lüfterrad vorgesehen ist, kann das Wärmetauscherrohr im Anschluß an die Biegung parallel zu der Herrührung zurückgeführt werden, so daß eine kompakte und einfache Anordnung des Wärmetauscherrohres getroffen werden kann.
Die Erfindung macht es möglich, ohne kostenintensive Wellrohre auszukommen und insbesondere Wärmetauscherrohre zu verwenden, die zumindest an der Außenseite glatt sind. Damit ist eine hygienische, vorteilhafte Reinigung möglich. Außerdem kann das Rohr ausreichend massiv gestaltet werden, so daß die Gefahr mechanischer Beschädigungen gering ist und die Lebensdauer und Betriebssicherheit gewährleistet sind.
Bevorzugt wird eine Wärmetauschereinrichtung, wie zuvor beschrieben, in einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Speisen eingesetzt, wobei die Wärmetauschereinrichtung im Garraum der Vorrichtung angeordnet sein kann, ohne daß nachteilige Einflüsse auf die zu garenden Lebensmittel zu befürchten wären. Die einfachen Reinigungsmöglichkeiten stellen einen besonderen Vorteil der Wärmetauschereinrichtung für die gedachte Verwendung dar.
Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen beschrieben. Hierbei zeigen
Fig. 1
eine schematische perspektivische Ansicht einer Wärmetauschereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 2
eine schematische Teilansicht der freikragenden Biegung bei einer zweiten Ausführungform der Erfindung.
Fig.3
einen Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2.
Bei den in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Wärmetauschereinrichtungen sind sämtliche umgebenden Komponenten, wie Gehäuseteile, Befestigungsteile, Anschlüsse und dergleichen weggelassen.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist um ein Radial-Lüfterrad 10, das durch einen nicht gezeigten Motor angetrieben wird, ein Wärmetauscherrohr 14 derart gelegt, daß es zunächst ausgehend von einer Brennkammer 12, in der sich ein Brenner befindet, bzw. auf die ein Brenner einwirkt, in wesentlichen entlang eines quadratischen Umrisses geführt ist, wobei in den Eckbereichen des gedachten Quadrates die Krümmung des Rohres nach Materialvorgabe gelegt ist. Nachdem das Wärmetauscherrohr 14 nahezu einen vollständigen Umlauf um das Gebläse 10 gebildet hat, wird es mit einer Richtungsänderung von 180° zurückgeführt, wobei eine freikragende Biegung 16 gebildet wird, die, entsprechend der zeichnerischen Darstellung, nach unten abhängt und einen zum Auffangen der Wärmedehnungen ausreichenden Abstand von anderen Systemkomponenten aufweist. Das Wärmetauscherrohr 14 wird dann am Umriß desselben Quadrates zurückgeführt und mündet in einen nicht dargestellten Anschluß. Solange die Befestigungsstellen ausreichend von der freikragenden Biegung 16 entfernt sind, sind diese von den Wärmespannungen entlastet, die zum größten Teil von der freikragenden Biegung 16 bzw. dem dadurch gebildeten Endabschnitt aufgenommen werden.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das weitgehend dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 entspricht, treffen die beiden Rohrabschnitte 16a und 16b im Bereich der freikragenden Biegung 16 spitzwinklig aufeinander. Abseits der freikragenden Biegung, z.B. auf der Höhe der Linie A-A, hat das Wärmetauscherrohr einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser D1. Im Bereich der freikragenden Biegung hingegen hat das Rohr im wesentlichen einen elliptischen Querschnitt, wobei die kleine Achse der Ellipse die Länge D1 und die große Achse der Ellipse die Länge D2 hat. Typischerweise beträgt D2 etwa das 1,2 bis 1,4-fache von D2, z.B. das 1,3-fache. Damit wird im Bereich der Biegung 16 eine Vergrößerung der Querschnittsfläche des Rohrs erreicht und damit einer Vergrößerung des Strömungswiderstands in diesem Bereich entgegengewirkt, der ansonsten aufgrund der Richtungsumkehr im Bereich der Biegung 16 und der damit verbundenen Wirbelbildung entstehen würde. Typischerweise ist die Querschnittsfläche des Wärmetauscherrohrs 14 im Bereich der Biegung 16 etwa 20% bis 40% größer als in den anderen Bereichen des Rohrs 14. In einer Abwandlung der dargestellten Ausführungsform kann auch ein vergrößerter Rohrquerschnitt in den übrigen gebogenen Bereichen des Wärmetauscherrohrs, insbesondere in den Kantenbereichen mit einer Umlenkung von im wesentlichen 90° vorgesehen sein.
Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste
10
Lüfterrad
12
Brennkammer
14
Wärmetauscherrohr
16
Freikragende Biegung
16a, 16b
Rohrabschnitte im Bereich der Biegung

Claims (10)

  1. Wärmetauschereinrichtung, mit einem Lüfterrad, insbesondere einem Radial-Lüfterrad, einem Brenner und zumindest einem dem Brenner zugeordneten Wärmetauscherrohr, welches das Lüfterrad umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauscherrohr (14) in zumindest einem Abschnitt zu einer freikragenden Biegung (16) gekrümmt ist.
  2. Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauscherrohr (14) im Bereich der freikragenden Biegung (16) einen vergrößerten Querschnitt aufweist.
  3. Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rohrabschnitte (16a, 16b), welche die freikragende Biegung (16) bilden, in einem spitzen Winkel aufeinandertreffen.
  4. Wärmetauschereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauscherrohr im Bereich der freikragenden Biegung (16) einen ovalen Querschnitt aufweist.
  5. Wärmetauschereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die freikragende Biegung (16) durch eine Richtungsänderung im Wärmetauscherrohr (14) um 180° gebildet ist.
  6. Wärmetauschereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die freikragende Biegung (16) entfernt von Befestigungsstellen des Wärmetauscherrohres (14) an einer Gehäusewand oder dergleichen vorgesehen ist.
  7. Wärmetauschereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauscherrohr (14) um das Lüfterrad (10) entlang des Umrisses einer rechtwinkligen Fläche geführt ist.
  8. Wärmetauschereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die freikragende Biegung (16) an der Stelle oder in der Nähe der Stelle eines vollständigen Umlaufs des Wärmetauscherrohrs (14) um das Lüfterrad (10) vorgesehen ist.
  9. Wärmetauschereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauscherrohr (14) ein an der Außenseite glattes Rohr ist.
  10. Verwendung der Wärmetauschereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche in einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Speisen, wobei die Wärmetauschereinrichtung bevorzugt im Garraum der Vorrichtung angeordnet ist.
EP97120541A 1997-01-30 1997-11-24 Wärmetauschereinrichtung Expired - Lifetime EP0856705B1 (de)

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