EP0863365B1

EP0863365B1 - Dampferzeuger

Info

Publication number: EP0863365B1
Application number: EP97120542A
Authority: EP
Inventors: Jaroslav Klouda; Maarten Botman
Original assignee: Rational AG
Current assignee: Rational AG
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1997-11-24
Publication date: 2002-10-16
Anticipated expiration: 2017-11-24
Also published as: EP0863365A3; DK0863365T3; DE19708229C2; DE59708490D1; DE19708229A1; EP0863365A2; JP3527841B2; US6076518A; JPH1182904A; ATE226296T1

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger gemäß des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Dampferzeuger bekannt.

Aus der DE 295 00 595.5 ist ein Dampferzeuger für ein Gargerät bekannt, bei dem ein Brennerschacht mit Kanälen für einen Wärmetausch über einen einfachen Querschacht konstanten Querschnitts verbunden ist, der in einem Dampfkessel ausgebildet ist. Diese Konstruktionsweise ist aufwendig und führt nicht zu einer optimalen Umleitung der Abgase eines Brenners, die in den Brennerschacht eingeleitet werden, zu den Kanälen des Wärmetauscherabschnitts. Insbesondere ist bei der Verwendung verschiedener Brenner nicht sichergestellt, daß immer eine gleichmäßige Verteilung der Abgase auf die Kanäle und damit ein gleichmäßiger Wärmeaustausch sichergestellt ist.

Ferner ist aus der DE 28 07 166 ein gattungsgemäßer Dampferzeuger bekannt. In diesem Dampferzeuger fließen Abgase eines Brenners aus einem Flammrohr, in welchem sich der Brenner befindet, über eine Endverbrennungskammer, in Rauchrohre. Die Rauchrohre verlaufen durch eine Dampftrommel, in welcher es zu einem Wärmeaustausch zwischen den durch die Rauchrohre fließenden Abgasen und einem in der Dampftrommel befindlichen Kesselfluid kommt. Nachteilig bei diesem Dampferzeuger ist jedoch, daß er ebenfalls nicht auf konstruktiv einfache Art an verschiedene Abgasströme, insbesondere bei der Verwendung verschiedener Brenner, angepaßt werden kann, um eine gleichmäßige Verteilung der Abgase auf die Rauchrohre zu erzielen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den gattungsgemäßen Dampferzeuger derart weiterzuentwickeln, daß die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden. Dabei soll ein Dampferzeuger geschaffen werden, bei dem die Überleitung von Gasströmung von dem Brenner zu Kanälen eines Wärmetauscherabschnitts mit einfachen Mitteln eine Optimierung der Strömungsverhältnisse in dem oder den Kanälen des Wärmetauscherabschnitts ermöglicht, selbst ohne eine neue Auslegung und Neukonstruktion der Einbauten des Dampferzeugers eine Anpassung an verschiedene Strömungsverhältnisse, wie bei dem Einsatz verschiedener Brenner, möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Diese erfindungsgemäße Ausführung der Verbindung zwischen dem Einsatz und der Wand des Brennerschachts ermöglicht es, die Strömungsverhältnisse im Inneren des Dampferzeugers auf eine einfache Weise bei der Produktion des Dampferzeugers zu optimieren. In dem erfindungsgemäßen Dampferzeuger wird der Einsatz nach Art eines Schiebers auf die Wand des Brennerschachts aufgesteckt. Insbesondere die Verwendung eines Einsatzes mit A- oder H-förmigen Querschnitt ermöglicht ein leichtes Aufstecken des Einsatzes. Durch die Verwendung verschieden langer Einsätze kann der Querschnitt des Durchlasses auf einfache Weise eingestellt und dadurch die Strömung zu dem oder den Kanälen des Wärmetauscherabschnitts beeinflußt werden. Somit wird insbesondere bei der Verwendung von verschiedenen Brenner in dem erfindungsgemäßen Dampferzeuger vermieden, daß die sonstigen Einbauten des Dampferzeugers an die Brenner angepaßt werden müssen. Dies führt zu einer enormen Kosten- und Zeitersparnis während der Produktion des erfindungsgemäßen Dampferzeugers, da nur Einsätze unterschiedlicher Länge vorgehalten werden müssen und ansonsten der Dampferzeuger mit identischen geometrischen Abmessungen produziert werden kann und für alle Brenner ein effektiver Wärmeaustausch sichergestellt ist.

Die Patentansprüche 2 bis 10 kennzeichnen besonders vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dampferzeugers.

Dabei kann der Einsatz insbesondere einen Strömungsbypass bilden, der es gestattet, heiße Abgase in einen Bereich der Kanäle des Wärmetauschers zu leiten, in dem die Abgase bereits abgekühlt sind und in dem ansonsten nur noch ein geringer Wärmeaustausch stattfinden würde, oder der Durchlaß kann als Drossel ausgebildet sein, wobei das hindurchtretende Gas nach dem Durchtritt auf der Seite des Wärmetauscherabschnitts entspannt wird.

Erfindungsgemäß wird somit die Verbindung des Brennerschachtes mit dem Strömungssystem des Wärmetauscherabschnitts auf einfache und elegante Art gelöst, wobei sich gleichzeitig die Strömungsverhältnisse in dem Durchlaß durch die Wahl einer bestimmten Form des Einsatzes während der Produktion des Dampferzeugers so beeinflussen lassen, daß eine optimale Verteilung des Abgasstroms auf die Kanäle für den Wärmeaustausch entsteht. Insbesondere kann der Querschnitt des Durchlasses zwischen dem Brennerschacht und dem Wärmetauscherabschnitt so eingestellt werden, daß der Anteil des Gasstroms, welcher zu den von dem Brennerschacht weiter entfernten Kanälen in dem Wärmetauscherabschnitt strömt, vergrößert wird und damit die Verteilung des Gasstroms auf die Kanäle des Wärmetauscherabschnitts vergleichmäßigt wird. Da der Einsatz unabhängig von dem Dampfkessel und dem Brennerschacht herstellbar ist, können weitere strömungsleitende oder -begrenzende Maßnahmen durch eine entsprechende Formgebung des Einsatzes in einfacher Weise realisiert werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.

Fig. 1: zeigt einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Dampferzeugers.
Fig. 2: zeigt eine Draufsicht des Dampferzeugers gemäß Fig. 1.
Fig. 3: zeigt einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dampferzeugers.
Fig. 4: zeigt eine Draufsicht des Dampferzeugers gemäß Fig. 3.
Fig. 5: zeigt einen Längsschnitt einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dampferzeugers.
Fig. 6: zeigt eine Draufsicht des Dampferzeugers gemäß Fig. 5.
Fig. 7: zeigt einen Längsschnitt einer vierten Ausführungsform der Erfindung
Fig. 8: zeigt eine Draufsicht des Dampferzeugers gemäß Fig. 7.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 weist der Dampferzeuger einen mit Wasser gefüllten Dampfkessel 1 mit einem Auslaß 3 auf, über den Dampf entnommen werden kann. Der Wasserstand in dem Dampfkessel ist durch schraffierte Linien angedeutet. In dem Dampfkessel ist ein Brennerschacht 5 ausgebildet, in den über ein Überhitzungsschutzrohr 7 die Abgase eines Gasbrenners (nicht dargestellt) eingeleitet werden. Diese Abgase werden zu einem Wärmetauscherabschnitt 10 geleitet, welcher mehrere Kanäle 12a, 12b unc 12c aufweist, die von einem Verteilerkanal 14 abzweigen und durch welche die Abgase des Brenners zu einem Abzug (nicht dargestellt) geleitet werden. Über die Wände der Kanäle 12a, 12b, 12c und 14 vollziehen die Abgase einen Wärmeaustausch mit dem Wasser in dem Dampfkessel. Der Verteilerkanal 14 mündet ebenfalls in den Abzug.

Zwischen dem Brennerschacht 5 und dem Verteilerkanal 14 befindet sich eine nach oben hin offene Öffnung zwischen den Wandabschnitten 15a und 15b des Brennerschachts 5. In dieser Öffnung ist ein H-förmiger Einsatz 20 eingesetzt, wobei jeweils zwei parallele Flansche des Einsatzes die beiden Wandabschnitte 15a und 15b nach Art einer Nut umgreifen, so daß der Einsatz durch Aufstecken und Verschieben montiert werden kann. Der Einsatz 20 dient als Drosselschacht und weist einen nach oben verschlossenen Hohlraum 22 auf. Der Einsatz 20 ragt nach unten über den unteren Ansatz der Kanäle 12a bis 12c vor und bildet zusammen mit den Wandabschnitten 15a und 15b sowie dem Boden der Öffnung zwischen diesen Wandabschnitten einen Durchlaß 25 und somit eine Strömungsbegrenzung für den von dem Brennerschacht kommenden Gasstrom. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, erstreckt sich der Verteilerkanal 14 in einem unteren Bereich unter die Seitenkanäle 12a, 12b und 12c, so daß ein Umlenkabschnitt mit einem größeren Querschnitt als demjenigen des Durchlasses 25 gebildet wird. Durch Verschieben des Einsatzes 20 kann der Querschnitt des Durchlasses 25, welcher den Übergang von dem Brennerschacht 5 zu dem Wärmetauscherabschnitt 10 bildet, so eingestellt werden, daß besonders günstige Strömungsverhältnisse und ein optimaler Wärmeübergang gewährleistet werden. Für den Betrieb wird dieser Querschnitt durch Fixieren des Einsatzes 20 konstant gehalten.

Die Brennkammer des Gasbrenners geht vorzugsweise unmittelbar in das Überhitzungsschutzrohr 7 über, das z.B. aus Stahl bestehen kann. Das Überhitzungsschutzrohr 7 leitet die Abgase des Brenners auf ein Niveau unterhalb des Wasserpegels in dem Dampferzeuger 1 und vorzugsweise bis ungefähr auf die Höhe des Ansatzes der Kanäle 12a bis 12c. Auf diese Weise wird vermieden, daß die heißen Abgase des Brenners mit einem nicht gekühlten Wandabschnitt des Brennerschachtes 5 oberhalb des Wasserpegels in Kontakt kommen und dort eine Überhitzung verursachen. Typischerweise ist das Überhitzungsschutzrohr Teil der Brennkammer des Brenners.

Die aus dem Überhitzungsschutzrohr 7 austretenden Abgase des Brenners werden um 180° zu den Kanälen 12a, 12b, 12c und 14 umgeleitet und treten über den Durchlaß 25 des Verbindungsabschnittes in den Wärmetauscherabschnitt 10 ein. Aufgrund des geringeren Querschnitts des Durchlasses 25 erhält der Gasstrom eine stärkere Impulskomponente quer zur ursprünglichen Strömungsrichtung, was dazu führt, daß auch der radial weiter außen gelegene Strömungskanal 12a einen ausreichenden Anteil des Gasstroms erhält. Die Abgase strömen dann - in umgekehrter Richtung wie in dem Brennerschacht 5 - in den Kanälen 12a, 12b, 12c und 14 zu dem Abzug und geben dabei wärme an die Flüssigkeit in dem Dampfkessel 1 ab.

Bei der in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist der Einsatz 20 zusätzliche Rohrabschnitte 30 und 32 auf, welche den Verteilerkanal 14 mit dem inneren Hohlraum 22 des Einsatzes 20 verbinden. Der Innenraum des Einsatzes 20 bildet damit eine nicht gekühlte Bypass-Strecke für einen Teil der heißen Abgase, die aus dem Brennerschacht 5 kommen und speist diese heissen Abgase an Stellen der Kanäle 12a bis 12c ein, an denen diejenigen Abgase, welche nicht den Weg über den Einsatz 20 genommen haben, bereits abgekühlt sind. Damit wird eine Vergleichmäßigung des Wärmeübergangs in axialer Richtung bewirkt. Da die heißen Abgase.im Bereich des Durchlasses 25 unter einem höheren Druck stehen, als die bereits abgekühlten Abgase in den Kanälen 12a bis 12c auf der Höhe der Rohrverbindungen 30 und 32, entsteht im Bereich des Durchlasses 25 ein Sog in den Schacht 22 hinein, der die Bypassströmung durch diesen Schacht hindurch fördert.

Die in den Fig. 5 und 6 dargestellte Ausführungsform der Erfindung entspricht im wesentlichen der Ausführungsform gemäß den Fig. 3 und 4. Hier sind jedoch zwei symmetrisch angeordnete und gleich aufgebaute Wärmetauscherabschnitte 110a und 110b vorgesehen, welche jeweils Wärmetauscherkanäle 112a bis 112c bzw. 112e bis 112f und Verteilerkanäle 114a und 114b aufweisen. Jedem Wärmetauscherabschnitt ist ein hohler Einsatz 120a bzw. 120b zugeordnet, der im Bereich des Verbindungsabschnitts mit der Brennkammer 3 einen Durchlaß 125a bzw. 125b begrenzt und Rohre 130a und 130a bzw. 132b und 132b aufweist, mit denen heiße Abgase an eine weiter oben gelegene Stelle der Verteilerschächte 114a und 114b eingespeist werden können. Die Konstruktionsweise entspricht im wesentlichen derjenigen der Ausführungsform Fig. 3 und 4; auf eine detaillierte Beschreibung der einzelnen Elemente wird daher verzichtet. Selbstverständlich können über die beiden in Fig. 5 und Fig. 6 dargestellten Wärmetauscherabschnitte hinaus auch noch weitere Wärmetauscherabschnitte vorgesehen sein, die beispielsweise entlang einer Achse senkrecht zu der Verbindungsachse zwischen den Wärmetauscherabschnitten 110a und 110b angeordnet sein können. Auch andere beispielsweise ring- oder polygonförmige Anordnungen von Wärmetauscherabschnitten sind möglich. Ebenso können auch mehrere Wärmetauscher gemäß Fig. 1 untereinander oder mit Wärmetauschern gemäß Fig. 3 kombiniert sein.

Die in den Fig. 7 und 8 dargestellte Ausführungsform der Erfindung entspricht im wesentlichen der Ausführungsform gemäß den Fig. 3 und 4. Hierbei ist jedoch das das Überhitzungsschutzrohr 7 umgebende obere Ende des Brennerschachts 5 nach oben hin abgeschlossen, so daß zwischen dem Überhitzungsschutzrohr und dem Einsatz 20 ein weiterer Strömungskanal 38 gebildet wird. Der Einsatz 20 erstreckt sich nicht bis zu dem oberen Ende des Brennerschachts hin, sondern endet in einem gewissen Abstand von demselben, wobei sein innerer Hohlraum 22 nach oben hin abgeschlossen ist. Oberhalb des Einsatzes 20 ist zwischen den Wandabschnitten 15a und 15b ein weiterer, nach unten hin geschlossener Einsatz 40 angeordnet, wobei zwischen dem unteren Ende des Einsatzes 40 und dem oberen Ende des Einsatzes 20 ein Durchlaß 42 freibleibt. Dieser Durchlaß dient in gleicher weise wie die Rohre 30 und 32 der Überleitung heißer Abgase in einen oberen Bereich des Verteilerkanals 14 bzw. der Kanale 12a bis 12c, in dem diejenigen Abgase, die nicht den Weg uber den Kanal 38 genommen haben, bereits durch Wärmeaustausch mit der Flüssigkeit in dem Dampfkessel bereits abgekühlt sind.

Die in der vorangehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

Dampferzeuger, insbesondere zur Verwendung in der Küchentechnik, der einen Dampfkessel (1), einen Brennerschacht (5) zur Zuleitung heißer Abgase von einem Brenner und mindestens einen Wärmetauscherabschnitt (10) mit einem oder mehreren Kanälen (12a, 12b, 12c) zum Durchleiten der Abgase des Brenners und zum Wärmeaustausch mit der in dem Dampfkessel (1) enthaltenen Flüssigkeit aufweist, wobei der oder die Kanäle (12a, 12b, 12c) des Wärmetauscherabschnitts (10) einerseits mit einem Abzug und andererseits über einen Verbindungsabschnitt mit dem Brennerschacht (5) verbunden und so angeordnet sind, daß die Strömungsrichtung der von dem Brenner zu dem Abzug strömenden Gase in dem oder den Kanälen (12a, 12b, 12c) verschieden von der Strömungsrichtung in dem Brennerschacht (5) ist, der Verbindungsabschnitt einen durch eine Öffnung in einer Wand (15a, 15b) des Brennerschachtes (5) und einen Einsatz (20) gebildeten Durchlaß (25) aufweist, und die Öffnung teilweise durch den Einsatz (20) verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (20) mit der Wand (15a, 15b) des Brennerschachtes (5) nach Art einer Nut/Federverbindung verbunden ist.
Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Öffnung in einer Seitenwand eine Mündung auf der Eintrittsseite der von dem Brenner kommenden Gase in den Brennerschacht (5) aufweist.
Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (20) in seinem Inneren einen Hohlraum (22) mit einer Öffnung aufweist, die in den Durchlaß (25) mündet.
Dampferzeuger nach 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Hohlraum zumindest eine weitere Öffnung (30, 32) aufweist, die mit einem oder mehreren Kanälen (12a, 12b, 12c) des Wärmetauscherabschnitts (10) an einer Stelle stromabwärts von dem Durchlaß (25) verbunden ist, so daß ein Teil des Strömungsweges in dem oder den Kanälen (12a, 12b, 12c) überbrückt wird.
Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscherabschnitt (10) einen sich an den Durchlaß (25) stromabwärts anschließenden Verteilerkanal (14) aufweist, von dem mehrere Seitenkanäle (12a, 12b, 12c) abzweigen.
Dampferzeuger nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Durchlaß (25) und den Seitenkanälen (12a, 12b, 12c) angeordnete Umlenkeinrichtung zur Umlenkung der von dem Durchlaß (25) kommenden Abgase in die Längsrichtung der Seitenkanäle (12a, 12b, 12c).
Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er mehrere Wärmetauscherabschnitte (110a, 110b) aufweist, deren Strömungssysteme für die Abgase des Brenners jeweils über einen Durchlaß (125a, 125b) in einer wand des Brennerschachtes mit dem Brennerschacht (5) verbunden ist.
Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein Überhitzungsschutzrohr (7) in dem Brennerschacht (5) zum Einleiten der Abgase des Brenners in den Brennerschacht (5) unterhalb des Niveaus des Flüssigkeitspegels in dem Dampfkessel (1).
Dampferzeuger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Öffnung des Überhitzungsschutzrohrs (7) kurz oberhalb des Niveaus des oder der Durchlässe (25; 125a, 125b) befindet, welche den Brenner (5) mit dem Strömungssystem des oder der Wärmetauscherabschnitte (10; 110a, 110b) verbinden.
Dampferzeuger nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überleitungskanal (38) zwischen den wänden des Brennerschachts (5) und dem Überhitzungsschutzrohr (7) ausgebildet ist und der Einsatz (20, 40) einen zweiten in den Überleitungskanal (38) mündenden Durchlaß (42) aufweist, welcher einen oder mehrere Kanäle (12a, 12b, 12c, 14) eines Wärmetauscherabschnitts mit dem Überleitungskanal (38) an einer Stelle stromabwärts von dem ersten Durchlaß (25) verbindet, so daß ein Teil des Strömungsweges von dem ersten Durchlaß (25) zu dem Abzug durch die Kanäle (12a, 12b, 12c, 14) überbrückt wird, wobei der erste Durchlaß (25) außerhalb des Überleitungskanals (38) ausgebildet ist.