DE19757415C1 - Gargerät mit Wärmerückführung - Google Patents
Gargerät mit WärmerückführungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Gargerät mit einem von einem Wär
meträgerfluid durchströmten Heizwärmeübertrager zum direkten
oder indirekten Erwärmen eines Garmediums, das ständig im
Garraum umgewälzt wird und beispielsweise Heißluft, Dampf
oder ein Gemisch von Heißluft und Dampf sein kann. Es sind
z. B. Gargeräte mit einem Gasbrenner bekannt, bei denen die
Verbrennungsgase durch einen Wärmeübertrager geleitet wer
den, der das Garmedium durch direkten Wärmeaustausch oder
indirekt, z. B. durch Beheizen eines Dampferzeugers, erwärmt.
Herkömmliche Gargeräte mit Einrichtungen zum Umwälzen, Be
heizen und Befeuchten des Garmediums benötigen systembedingt
viel Energie zum Garen und zeichnen sich andererseits durch
einen hohen Wärmeverlust durch das aus dem Gargerät austre
tende erhitzte Garmedium und die von dem Gerät an die Umge
bung abgegebene Abwärme aus. Diese abgegebene Energie ist
durch eine einfache Rückführung nicht wiederverwendbar, da
sie in etwa die gleiche oder eine geringere Temperatur wie
das Garmedium hat.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Gargerät zu schaffen,
bei dem auch Wärme auf einem Temperaturniveau unterhalb der
üblichen Gartemperatur des Gargeräts genutzt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Gargerät mit einem von einem
Wärmeträger durchströmten Heizwärmeübertrager zur direkten
oder indirekten Abgabe von Wärme an das Garmedium gelöst,
welches durch einen Verdichter zum Erhöhen der Temperatur
des Wärmeträgerfluids durch Verdichten gekennzeichnet ist,
welcher stromaufwärts von dem Heizwärmeübertrager angeordnet
ist.
Das Wärmeträgerfluid ist bevorzugt Luft; es können jedoch
auch andere Fluide, z. B. Butan oder von Wärmepumpen bekannte
Fluide, verwendet werden. Die Wärmeübertragung zu dem Garme
dium kann direkt oder indirekt z. B. über einen zweiten
Kreislauf eines Wärmeträgerfluids, durch Beheizen von Was
ser, aus dem Dampf für das Garmedium gewonnen wird, oder in
anderer geeigneter Weise erfolgen.
Das Strömungssystem des Wärmeträgerfluids kann offen oder
als Kreislauf ausgebildet sein. Im ersteren Fall kann das
Wärmeträgerfluid aus einem Reservoir, im Fall von Luft vor
zugsweise der Umgebung entnommen und dem Verdichter zuge
führt werden.
Die Erfindung sieht vorzugsweise eine Einrichtung zum Vor
wärmen des Wärmeträgerfluids stromaufwärts von dem Verdich
ter vor.
Die Erfindung kann vorsehen, daß die Vorwärmeinrichtung ei
nen oder mehrere Prozeßwärmeübertrager aufweist, welche zu
mindest einen Teil der Abwärme des Gargeräts dem Wärmeträ
gerfluid zuführen. Alternativ oder ergänzend kann eine Hei
zung für das Wärmeträgerfluid stromaufwärts von dem Verdich
ter vorgesehen sein und/oder es kann eine Einrichtung zum
Einspeisen von bereits erwärmtem Wärmeträgerfluid stromauf
wärts von dem Verdichter vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß ist auch ein Gargerät vorgesehen, bei dem
ein dem Verdichter vorgeschalteter Prozeßwärmeübertrager von
dem Wärmeträgerfluid durchströmt wird, der einen Wärmeaus
tausch zwischen dem Wärmeträgerfluid und einem aus dem Gar
raum ausströmenden Garmedium gestattet.
Erfindungsgemäß kann auch ein Gargerät vorgesehen sein, bei
dem die Vorwärmeinrichtung einen Prozeßwärmeübertrager zum
Erwärmen des Wärmeträgerfluids durch die Umgebungsluft auf
weist.
Weiterhin kann auch vorgesehen sein, daß die Vorwärmein
richtung einen Gegenstromwärmetauscher aufweist, in dem ein
Wärmeaustausch zwischen dem von dem Heizwärmeübertrager ab
strömenden verdichteten, also nicht entspannten Wärmeträger
fluid und dem zu dem Verdichter strömenden Wärmeträgerfluid
stattfindet.
Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, daß das Gargerät
einen geschlossenen Kreislauf für das Wärmeträgerfluid auf
weist, wobei stromabwärts von dem Heizwärmeübertrager und
ggf. stromaufwärts von der Vorwärmeinrichtung, insbesondere
stromaufwärts von dem oder den Prozeßwärmeübertragern, ein
Entspannungssystem zum Entspannen des verdichteten Wärmeträ
gerfluids vorgesehen ist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die Heizeinrichtung eine
Einrichtung zum Zuleiten des Wärmeträgerfluids zu verschie
denen Wärmeübertragern und/oder Heizeinrichtungen aufweist.
Das erfindungsgemäße Gargerät kann weiterhin in dem Strö
mungssystem des Wärmeträgerfluids einen vorzugsweise ther
misch isolierten Druckspeicher für komprimiertes Wärmeträ
gerfluid stromabwärts von dem Verdichter und stromaufwärts
von dem Heizwärmeübertrager aufweisen. Dies ermöglicht zum
einen das Fahren von Stoßleistungen und andererseits einen
diskontinuierlichen Betrieb des Verdichters.
Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Verdichter ist es
möglich, die Abwärme des Gerätes sowie die Wärme des austre
tenden Garmediums, insbesondere der im Dampfabzug austreten
den Wrasen, auf ein höheres Temperaturniveau zu "transfor
mieren" und somit für den Garprozeß nutzbar zu machen. Wenn
in einem Prozeßwärmeübertrager die Wärme der nach außen ab
geleiteten Wrasen rückgewonnen wird, ergibt sich der Vor
teil, daß keine Kühlung dieser Wrasen erforderlich ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann nicht nur
die Wärme der austretenden Wrasen und ggf. die an die Umge
bung abgegebene Abwärme genutzt werden, sondern auch, durch
einen entsprechend angeordneten Wärmeübertrager, die Wärme,
die von Komponenten des Gargerätes, insbesondere von dem
Verdichter und/oder dem Entspannungssystem, erzeugt wird.
Das erfindungsgemäße Strömungssystem für das Wärmeträger
fluid mit Verdichter und Heizwärmeübertrager kann zusätzlich
zu einem herkömmlichen Heizsystem, z. B. mit einem Gasbren
ner, vorgesehen ein. Ein derartiges herkömmliches Heizsystem
kann jedoch auch, beispielsweise über einen Wärmeübertrager,
mit dem Strömungssystem für das Wärmeträgerfluid gekoppelt
sein.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel
anhand der beigefügten Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten
erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch die Komponenten eines erfin
dungsgemäßen Gargerätes mit einem geschlossenen
Kreislauf des Wärmeträgerfluids mit einem Mehr
wegehahn.
Fig. 2 zeigt ein Gargerät wie in Fig. 1, jedoch mit ei
ner anderen Stellung des Mehrwegehahns.
In den Zeichnungen ist das Gargerät, das beispielsweise ein
Heißluftgerät oder ein kombiniertes Dampf/Heißluftgerät sein
kann, lediglich schematisch dargestellt. Es besitzt einen
hier nur schematisch dargestellten Garraum 1 und ein Gebläse
2 zum Umwälzen des Garmediums, z. B. Heißluft, Dampf oder ein
Gemisch aus Dampf und Heißluft. Das von dem Gebläse 2 umge
wälzte Garmedium umströmt die Wärmeübertragungsfläche eines
Heizwärmeübertragers 3, in dem ein Wärmeträgerfluid, vor
zugsweise Luft oder Butan, strömt. Die Strömungsrichtung ist
in den Figuren mit den Pfeilen angegeben. Das Gargerät be
sitzt weiterhin einen Geräteablauf 5, über den die nichtkon
densierten Anteile des Garmediums das Gerät verlassen.
Der Heizwärmeübertrager 3 bildet einen Teil eines Kreislauf
systems für das Wärmeträgerfluid. Dem Heizwärmeübertrager 3
vorgeschaltet ist ein Verdichter 10 zum Verdichten und damit
Erwärmen des Wärmeträgerfluids. Dem Heizwärmeübertrager 3
ist ein Entspannungssystem 12 nachgeschaltet, welches das
verdichtete Wärmeträgerfluid wieder entspannt, nachdem es
den Heizwärmeübertrager 3 verlassen hat. Dem Entspannungs
system 12 nachgeschaltet ist ein Mehrwegehahn 14, über den
die Entspannungsvorrichtung 12 mit einem Prozeßwärmeübertra
ger 16 entweder direkt oder über einen Regenerator 18 ver
bunden werden kann. In dem Prozeßwärmeübertrager 16 findet
ein Wärmeaustausch zwischen dem über den Ablauf 5 aus dem
Gargerät austretenden Garmedium und dem Wärmeträgerfluid
statt.
Das von dem Prozeßwärmeübertrager 16 kommende Wärmeträger
fluid wird in dem Verdichter 10 soweit verdichtet, daß seine
Temperatur über der Temperatur des umgewälzten Garmediums
liegt, wobei die Temperaturdifferenz umso größer ist, je
stärker das Wärmeträgerfluid komprimiert wird. Typische Tem
peraturen des Garmediums im Betrieb liegen in einem Bereich
von 200°C bis 400°C. Das den Verdichter 10 verlassende
Wärmeträgerfluid durchströmt dann den Heizwärmeübertrager 3
und gibt dabei aufgrund der durch den Verdichter 10 erzeug
ten Temperaturdifferenz zu dem Garmedium Wärme an das Garme
dium ab, welches durch das Umwälzgebläse 2 an der Übertra
gungsfläche des Heizwärmeübertragers vorbeigetrieben wird.
Dadurch wird das Garmedium aufgeheizt, während sich das Wär
meträgerfluid, das nach wie vor unter hohem Druck steht,
abkühlt. In dem Entspannungssystem 12 wird der Druck des den
Heizwärmeübertrager 3 verlassenden Wärmeträgerfluids redu
ziert, was mit einer Temperaturverringerung einhergeht. Eine
typische Temperatur des Wärmeträgerfluids nach dem Entspan
nen wäre 10°C bis 20°C. Die Temperatur des das Entspan
nungssystem 12 verlassenden Wärmeträgerfluids liegt nun un
ter der Temperatur des Garmediums, welches das Gargerät ver
läßt und den Prozeßwärmeübertrager 16 durchströmt und das im
Betrieb beim Verlassen des Garraums typischerweise eine Tem
peratur im Bereich von 100°C bis 300°C aufweist. Bei der
in Fig. 1 gezeigten Direktschaltung strömt das aus dem Ent
spannungssystem 12 austretende Wärmeträgerfluid direkt zu
dem Prozeßwärmeübertrager 16 und wird dort auf die Tempera
tur des über den Ablauf 5 austretenden Garmediums erwärmt.
Danach wird es in dem Kreislauf wieder zu dem Verdichter 10
geleitet, wo es wie vorangehend beschrieben verdichtet wird,
so daß sich seine Temperatur wieder über die Temperatur des
Garmediums erhöht.
Da zu Beginn eines Garprozesses keine oder nur eine geringe
Abwärme zur Verfügung steht, die über den Prozeßwärmeüber
trager 16 genutzt werden könnte, kann vorgesehen sein, das
Wärmeträgerfluid durch eine andere Wärmequelle, z. B. eine
Zusatzheizung oder die Umgebungsluft zu erwärmen. Eine der
artige Zusatzheizung könnte beispielsweise zwischen dem Pro
zeßwärmeübertrager 16 und dem Verdichter 10 vorgesehen sein.
Ein Vorwärmen mit Hilfe der Umgebungsluft ist bei dem darge
stellten Ausführungsbeispiel mit Hilfe des Regenerators 18
möglich. Hierfür kann der Mehrwegehahn 14 in die in Fig. 2
dargestellte Position gebracht werden, was bewirkt, daß das
Wärmeträgerfluid nicht direkt, sondern über den Regenerator
18 dem Prozeßwärmeübertrager 16 zugeführt wird.
Der Regenerator 18 ist im wesentlichen ein Wärmeübertrager
zum Austausch von Wärme zwischen dem Wärmeträgerfluid und
der Umgebungsluft. Wird als Wärmeträgerfluid Luft verwendet,
kann der Regenerator 18 auch einen Einlaß für Umgebungsluft
und einen Auslaß für Luft aus dem Kreislauf aufweisen, die
über eine weitere, nicht dargestellte Stellung des Mehrwege
hahns 14, über Ventile des Regenerators 18 oder aufandere
geeignete Weise geöffnet und geschlossen werden können und
mit denen sich die in dem Entspannungssystem 12 abgekühlte
Luft durch wärmere Umgebungsluft ersetzen läßt, solange kei
ne wesentliche Erwärmung in dem Prozeßwärmeübertrager 16
stattfindet. Mit anderen Worten kann also bei dieser letzt
genannten Ausführungsform mit Hilfe des Regenerators 18 und
des Mehrwegehahnes 14 das geschlossene Kreislaufsystem vor
übergehend in ein offenes System umgewandelt werden.
Zum Erzielen eines möglichst geringen Energieverbrauchs kann
vorgesehen sein, daß die Verdichter- und die Entspannungs
maschine auf einer gemeinsamen Welle arbeiten.
Zu Beginn des Betriebs kann das Wärmeträgerfluid, welches
das Entspannungssystem 12 verläßt, eine Temperatur im Be
reich von 0°C besitzen. Um Vereisungen zu vermeiden, die
aufgrund der geringen Temperatur des ausströmenden Garmediums
bei Beginn eines Garprozesses entstehen können, kann der
Prozeßwärmeübertrager 16 mit einer elektrischen Heizung oder
dergleichen ausgerüstet sein.
Die in der vorangehenden Beschreibung, den Ansprüchen und
den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln
als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung
der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen we
sentlich sein.
1
Garraum
2
Umwälzgebläse
3
Heizwärmeübertrager
5
Geräteablauf
10
Verdichter
12
Entspannungssystem
14
Mehrwegehahn
16
Prozeßwärmeübertrager
18
Regenerator
Claims (10)
1. Gargerät mit einem von einem Wärmeträgerfluid durch
strömten Heizwärmeübertrager (3) zur direkten oder in
direkten Abgabe von Wärme an das Garmedium des Garge
rätes,
gekennzeichnet durch einen Verdichter
(10) zum Erhöhen der Temperatur des Wärmeträgerfluids
durch Verdichten, welcher stromaufwärts von dem Heiz
wärmeübertrager angeordnet (3) ist.
2. Gargerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine
Einrichtung zum Vorwärmen des Wärmeträgerfluids (16,
18) stromaufwärts von dem Verdichter (10).
3. Gargerät nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Vorwärmeinrichtung einen oder
mehrere Prozeßwärmeübertrager (16) aufweist, welche
zumindest einen Teil der Abwärme des Gargeräts dem
Wärmeträgerfluid zuführen.
4. Gargerät nach Anspruch 3, gekennzeichnet
durch einen dem Verdichter (12) vorgeschalteten Pro
zeßwärmeübertrager (16), der von dem Wärmeträgerfluid
durchströmt wird und einen Wärmeaustausch zwischen dem
Wärmeträgerfluid und einem aus dem Garraum (1) des
Gargerätes austretenden Garmedium gestattet.
5. Gargerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Vorwärmeinrichtung einen
Wärmeübertrager (18) zum Erwärmen des Wärmeträger
fluids durch die Umgebungsluft aufweist.
6. Gargerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorwärmeinrich
tung einen Gegenstromwärmetauscher aufweist, in dem
ein Wärmeaustausch zwischen dem von dem Heizwärmeüber
trager abströmenden verdichteten Wärmeträgerfluid und
dem zu dem Verdichter strömenden Wärmeträgerfluid
stattfindet.
7. Gargerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ge
kennzeichnet durch eine Einrichtung zum
Zuführen von frischem Wärmeträgerfluid (18) stromauf
wärts von dem Verdichter.
8. Gargerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, ge
kennzeichnet durch einen geschlossenen
Kreislauf für das Wärmeträgerfluid, wobei stromabwärts
von dem Heizwärmeübertrager (3) und stromaufwärts von
dem Verdichter (10) ein Entspannungssystem (12) zum
Entspannen des verdichteten Wärmeträgerfluids vorge
sehen ist.
9. Gargerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorwärmeinrich
tung eine Einrichtung (14) zum Zuleiten des Wärmeträ
gerfluids zu verschiedenen Wärmeübertragern und/oder
Heizeinrichtungen aufweist.
10. Gargerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ge
kennzeichnet durch einen Druckspeicher für
ein komprimiertes Wärmeträgerfluid stromabwärts von
dem Verdichter (10) und stromaufwärts von dem Heizwär
meübertrager (3).
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