EP2420744A1 - Gas-Wärmetauscher für Geräte zur Behandlung von Nahrungsmitteln sowie derartiges Gerät - Google Patents

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EP2420744A1
EP2420744A1 EP10173308A EP10173308A EP2420744A1 EP 2420744 A1 EP2420744 A1 EP 2420744A1 EP 10173308 A EP10173308 A EP 10173308A EP 10173308 A EP10173308 A EP 10173308A EP 2420744 A1 EP2420744 A1 EP 2420744A1
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EP
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heat exchanger
combustion chamber
gas
gas heat
connecting element
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Withdrawn
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EP10173308A
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English (en)
French (fr)
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Ilmar NEUMEISER
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Eloma GmbH
Original Assignee
Eloma GmbH
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Publication date
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    • 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
    • F24C15/327—Arrangements of ducts for hot gases, e.g. in or around baking ovens with forced circulation with air moisturising
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C3/00—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber
    • F23C3/002—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber the chamber having an elongated tubular form, e.g. for a radiant tube
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • F24C15/00—Details
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M2900/00—Special features of, or arrangements for combustion chambers
    • F23M2900/05004—Special materials for walls or lining

Definitions

  • the present invention relates to a gas heat exchanger for food processing equipment, in particular combi steamers.
  • the present invention relates to such a device for the treatment of food.
  • the heat exchange medium used here is hot exhaust gas, which is produced during the combustion of a gas-air mixture in a gas burner.
  • This gas burner is installed in a combustion chamber limited by a shell, which is an integral part of the gas heat exchanger.
  • the hot exhaust gas generated in the combustion chamber is introduced via a connecting element in the subsequent heat exchanger tube, flows through this and exits at an exhaust gas outlet again.
  • more than one heat exchanger tube for example, three heat exchanger tubes are provided on the gas heat exchanger, which extend parallel to each other to the fan.
  • the gas burner participates only indirectly in the heat exchanger work, ie that the water to be evaporated is also evaporated at the wall of the combustion chamber in addition to the evaporation on the heat exchanger tubes.
  • a connecting element is provided, which is formed in more than one heat exchanger tube as a branch pipe and also on him the sprayed water is evaporated.
  • the present invention is therefore based on the object to propose a gas heat exchanger, which has a long service life in steam generation in Wassersprüh compiler and copes well with the stresses of thermal cycling, especially thermal shocks and additional occurrence of corrosion mechanisms.
  • the gas heat exchanger is characterized in that the casing of the combustion chamber and / or the connecting element are formed of a material which is selected from the group of austenitic stainless steels which are free to exit substantially sigma phases and in which essentially does not form a sigma phase during operation.
  • the material of the gas heat exchanger has a high nickel content.
  • the salt melt resistance can be further improved.
  • the nickel content in the material is at least 25%.
  • a plurality of heat exchanger tubes are present, for example, three parallel tubes, which are formed from a sheet material, wherein the connecting element which is provided between the combustion chamber and the heat exchanger tubes is preferably formed instead of sheet of a cast steel element.
  • the material of the gas heat exchanger is salt-melt resistant. This has the advantage that dissolved in the injection water salts have no negative impact on the material of the gas heat exchanger.
  • the present invention also includes a food processing apparatus in which steam is generated by means of a gas heat exchanger.
  • the device is characterized in that the gas heat exchanger is designed according to one of claims 1 to 5.
  • Fig. 1 is shown in perspective view and schematically a gas heat exchanger 1.
  • the gas heat exchanger 1 has a gas burner (not shown), which is arranged in a combustion chamber 3, which is bounded by a casing 5.
  • the sheath 5 is formed from a metal sheet.
  • the combustion chamber 3 is arranged vertically in the example case and at its lower end 7, a connecting element 9 connects, which is connected in the illustrated example trap with three parallel heat exchanger tubes 11 and thus serves as a branch pipe.
  • the heat exchanger tubes 11 extend downward from the connecting element 9, then pivot in a horizontal direction and extend below a fan wheel 13. Thereafter, they extend upwardly in a vertical direction and above the fan wheel 13 again horizontally to an outlet 15.
  • the outlet 15 is located in the illustrated example case above the combustion chamber 3rd
  • austenitic stainless steels are suitable as the material which are free both at the outset of sigma phases and during which no sigma phase is formed during the operating time or in the course of use.
  • the connecting element 9 is formed from cast material, for example as a pipe branch, it has been found, for example, as advantageous materials: GX40NiCrSiNb35-26 and GX10NiCrSiNb32-20.
  • the use of the material according to the invention for the heat exchanger tubes may not be necessary.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gas-Wärmetauscher (1) für Geräte zur Behandlung von Nahrungsmitteln, insbesondere Kombidämpfer, mit einem Gasbrenner, der zum Verbrennen von Gas in einer Brennkammer (3) dient, die von einer Ummantelung (5) begrenzt ist, und wenigstens einem Wärmetauscherrohr (11), das mit der Brennkammer (3) verbunden ist und das zur Durchströmung der in der Brenkammer (3) verbrannten Gase bis zu einem Auslass (15) dient, wobei zwischen der Ummantelung (5) der Brennkammer (3) und dem wenigstens einem Wärmetauscherrohr (11) ein Verbindungselement (9) vorgesehen ist. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass die Ummantelung (5) der Brennkammer (3) und/oder das Verbindungselement (9) aus einem Material gebildet sind, das aus der Gruppe der austenitischen rostfreien Stähle gewählt ist, die ausgangs im Wesentlichen Sigma-Phasen frei sind und bei denen sich im Betrieb im Wesentlichen auch keine Sigma-Phase ausbildet. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Gerät zur Behandlung von Nahrungsmitteln, das einen derartigen Gas-Wärmetauscher aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gas-Wärmetauscher für Geräte zur Behandlung von Nahrungsmitteln, insbesondere Kombidämpfer.
  • Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein derartiges Gerät zur Behandlung von Nahrungsmitteln.
  • Es ist bekannt, zum schonenden Behandeln von Nahrungsmitteln, insbesondere zum Garen derselben, im Garraum Dampf zu erzeugen, wobei eine Art der Dampferzeugung mittels Direkteinspritzung von Wasser erfolgt. Das Wasser wird in die Mitte bzw. auf den Nabenbereich eines sich drehenden und mit Schaufeln versehenen Lüfterrades eingespritzt, wobei sich das Wasser entlang der Schaufeln in radialer Richtung nach Außen bewegt und von dem Lüfterrad auf wenigstens ein, das Lüfterrad umgebendes beheiztes Wärmetauscherrohr geschleudert und zerstäubt wird, wo es schlagartig verdampft.
  • Das hierbei verwendete Wärmetauschermedium ist heißes Abgas, das bei der Verbrennung eines Gas- Luftgemisches in einem Gasbrenner entsteht. Dieser Gasbrenner ist in einer von einer Ummantelung begrenzten Brennkammer installiert, die integraler Bestandteil des Gas-Wärmetauschers ist. Das in der Brennkammer erzeugte heiße Abgas wird über ein Verbindungselement in das nachfolgende Wärmetauscherrohr eingeleitet, durchströmt dieses und tritt an einem Abgasauslass wieder aus. Bevorzugt sind mehr als ein Wärmetauscherrohr, beispielsweise drei Wärmetauscherrohre am Gas-Wärmetauscher vorhanden, die sich parallel zueinander um das Lüfterrad erstrecken. Der Gasbrenner nimmt nur indirekt an der Wärmetauscherarbeit teil, d. h. dass das zu verdampfende Wasser auch an der Umwandung der Brennkammer zusätzlich zur Verdampfung an den Wärmetauscherrohren verdampft wird. Zum Anschluss des wenigstens einen Wärmetauscherrohres an die Brennkammer ist ein Verbindungselement vorgesehen, das bei mehr als einem Wärmetauscherrohr als Rohrverzweigung ausgebildet ist und auch an ihm das aufgespritzte Wasser verdampft wird.
  • Im Brenner werden bei der Verbrennung des Gases hohe Temperaturen erreicht, die zu einer Oberflächentemperatur der Ummantelung von über 600°C führen, die auch bis in den Bereich des Verbindungselements reichen. Nachteilig bei den Gas-Wärmetauschern des Standes der Technik hat sich eine ungenügende chemische Beständigkeit herausgestellt sowie eine mangelhafte Eignung gegen Thermo-Wechselbeanspruchungen gezeigt, die zu Rissbildungen im Werkstoff des Gas-Wärmetauschers führen, was dessen Versagen zur Folge hat.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Gas-Wärmetauscher vorzuschlagen, der eine lange Standzeit bei der Dampferzeugung im Wassersprühverfahren aufweist und gut mit den Belastungen durch Thermo-Wechselbeanspruchungen, insbesondere Thermoschocks und zusätzlichem Auftreten von Korrosionsmechanismen zurechtkommt.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß zeichnet sich der Gas-Wärmetauscher dadurch aus, dass die Ummantelung der Brennkammer und/oder das Verbindungselement aus einem Material gebildet sind, das aus der Gruppe der austenitischen rostfreien Stähle gewählt ist, die Ausgangs im Wesentlichen Sigma-Phasen frei sind und bei denen sich im Betrieb im Wesentlichen auch keine Sigma-Phase ausbildet.
  • Überraschenderweise konnte festgestellt werden, dass bei Vermeidung von Sigma-Phasen im Material des Gas-Wärmetauschers eine Korrosionsbildung und thermische Ermüdung durch die regelmäßigen Thermoschocks verhindert bzw. weitgehend verhindert werden kann, was zu erheblich höheren Standzeiten des Gas-Wärmetauschers führt.
  • Weiterhin ist vorteilhaft, dass das Material des Gas-Wärmetauschers einen hohen Nickelanteil aufweist. Mithilfe dieses hohen Nickelanteils kann die Salzschmelzbe-ständigkeit weiter verbessert werden. Insbesondere dann, wenn der Nickelanteil im Material wenigstens 25 % beträgt.
  • In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Wärmetauscherrohre vorhanden, beispielsweise drei parallel verlaufende Rohre, die aus einem Blechmaterial gebildet sind, wobei das Verbindungselement, das zwischen der Brennkammer und den Wärmetauscherrohren vorgesehen ist, vorzugsweise anstelle aus Blech aus einem Stahlgusselement gebildet ist.
  • Weiterhin ist vorteilhaft, dass das Material des Gas-Wärmetauschers salzschmel-zenbeständig ist. Dies hat den Vorteil, dass in dem Einspritzwasser gelöste Salze keinen negativen Einfluss auf das Material des Gas-Wärmetauschers haben.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein Gerät zur Behandlung von Nahrungsmitteln, in dem mittels eines Gas-Wärmetauschers Dampf erzeugt wird. Erfindungsgemäß zeichnet sich das Gerät dadurch aus, dass der Gas-Wärmetauscher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Darin zeigt:
    • Fig. 1 einen Gas-Wärmetauscher in perspektivischer Ansicht, der um ein Lüfterrad eines Geräts zur Behandlung von Nahrungsmitteln angeordnet ist.
  • In Fig. 1 ist in perspektivischer Ansicht und schematisch ein Gas-Wärmetauscher 1 dargestellt. Der Gas-Wärmetauscher 1 weist einen Gasbrenner (nicht dargestellt) auf, der in einer Brennkammer 3 angeordnet ist, die von einer Ummantelung 5 begrenzt ist. Die Ummantelung 5 ist aus einem Blech gebildet.
  • Die Brennkammer 3 ist im Beispielsfalle vertikal angeordnet und an ihrem unteren Ende 7 schließt sich ein Verbindungselement 9 an, das im dargestellten Beispielsfalle mit drei parallel verlaufenden Wärmetauscherrohren 11 verbunden ist und somit als Rohrverzweigung dient.
  • Die Wärmetauscherrohre 11 erstrecken sich von dem Verbindungselement 9 nach unten, schwenken dann in eine horizontale Richtung und erstrecken sich unterhalb eines Lüfterrades 13. Danach erstrecken sie sich in vertikaler Richtung nach oben und oberhalb des Lüfterrades 13 wieder horizontal zu einem Auslass 15. Der Auslass 15 befindet sich im dargestellten Beispielsfall oberhalb der Brennkammer 3
  • In den Nabenbereich 17 wird Wasser eingespritzt, das von Schaufeln 19 erfasst wird, an ihnen entlangläuft und durch das drehende Lüfterrad 13 zerstäubt und auf die Brennkammer 3, das Verbindungselement 9 und die Wärmetauscherrohre 11 geschleudert wird, wo es, entsprechend fein verteilt, schlagartig verdampft wird.
  • Durch den Aufprall des kalten Wassers auf die Ummantelung 5 der Brennkammer 3 tritt ein "Thermoschock"-Effekt auf.
  • Überraschenderweise konnte herausgefunden werden, dass als Material austenitische rostfreie Stähle geeignet sind, die sowohl ausgangs Sigma-Phasen frei sind und bei denen sich während der Betriebsdauer bzw. im Verlauf des Einsatzes auch keine Sigma-Phase ausbildet.
  • Für das Blechmaterial sowohl der Ummantelung 5 der Brennkammer 3 als auch des Verbindungselements 9 haben sich Stähle, wie zum Beispiel X8NiCrSi38-18 oder auch X10NiCrAlTi32-20 als besonders vorteilhaft herausgestellt. Sofern das Verbindungselement 9 aus Gusswerkstoff gebildet ist, beispielsweise als Rohrverzweigung, haben sich zum Beispiel als vorteilhafte Werkstoffe ergeben: GX40NiCrSiNb35-26 sowie GX10NiCrSiNb32-20.
  • Je nachdem, wie schnell sich das heiße Abgas nach der Brennkammer 3 abkühlt, ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Werkstoffs für die Wärmetauscherrohre gegebenenfalls nicht notwendig.
  • Mithilfe der geeigneten Werkstoffwahl wird vorteilhafterweise eine, insbesondere durch Thermoschock-Effekte entstehende, Rißbildung und Korrosion entweder deutlich verringert oder sogar ganz vermieden. Entsprechend lange Standzeiten derartiger Geräte konnten vorteilhafterweise erreicht werden.

Claims (6)

  1. Gas-Wärmetauscher (1) für Geräte zur Behandlung von Nahrungsmitteln, insbesondere Kombidämpfer, mit
    einem Gasbrenner, der zum Verbrennen von Gas in einer Brennkammer (3) dient, die von einer Ummantelung (5) begrenzt ist, und wenigstens einem Wärmetauscherrohr (11), das mit der Brennkammer (3) verbunden ist und das zur Durchströmung der im Gasbrenner verbrannten Gase bis zu einem Auslass (15) dient, wobei zwischen der Ummantelung (5) der Brennkammer (3) und dem wenigstens einem Wärmetauscherrohr (11) ein Verbindungselement (9) vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (5) der Brennkammer (3) und/oder das Verbindungselement (9) aus einem Material gebildet sind, das aus der Gruppe der austenitischen rostfreien Stähle gewählt ist, die ausgangs im Wesentlichen Sigma-Phasen frei sind und bei denen sich im Betrieb im Wesentlichen auch keine Sigma-Phase ausbildet.
  2. Gas-Wärmetauscher (1) nach Anspruch 1, der aus einem Material gebildet ist, das einen hohen Nickelanteil aufweist.
  3. Gas-Wärmetauscher (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nickelanteil im Material wenigstens 25 % beträgt.
  4. Gas-Wärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wärmetauscherrohre (11) vorhanden sind, die aus einem Blechmaterial gebildet sind, wobei das Verbindungselement (9), das zwischen der Brennkammer (3) und den Wärmetauscherrohren (11) vorgesehen ist, aus einem Stahlgusselement gebildet ist.
  5. Gas-Wärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Wärmetauschers salzschmelzenbeständig ist.
  6. Gerät zur Behandlung von Nahrungsmitteln, in dem mittels eines Gas-Wärmetauschers (1) Dampf im Gerät erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Gas-Wärmetauscher (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.
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