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Fahrbares Heizgerät für Freilandbeheizung
Die Erfindung bezieht sich auf ein fahrbares Heizgerät für Freilandbeheizung, insbesondere für Obstplantagen, Weinberge u. dgl., das die von einem Gas- oder Ölbrenner erzeugte Wärme und heissen Abgase der über dem Gelände lagernden Luft zur Bodenerwärmung, Lufterwärmung und Erzeugung einer Luftbewegung zuführt.
Zur Abwendung von Frostgefahr in Obstplantagen, Weinbergen usw. sind bereits die verschiedensten stationären und fahrbaren Geräte bekannt, beispielsweise stationäre Strahlungsheizgeräte, die in Form von Leitungssystemen aufgebaut sind, die von heissen Gasen durchströmt werden. Es sind ferner Frostschutzeinrichtungen für Freilandkulturen bekanntgeworden, die in Form stationärer Strahlungsheizgeräte mit einem zusätzlichenKühlmantelversehensind, der einen Teil der erzeugten Wärme aufnimmt und über ein Wärmeträgermittel durch ein im Boden verlegtes Leitungssystem dem Boden zuführt. Alle diese bekannten stationären Heizgeräte haben aber den Nachteil, dass sie einen ausserordentlichen grossen Aufwand an Leitungsmaterial erfordern und ausserdem bei hohem Brennstoffverbrauch nur eine geringe Reichweite aufweisen.
Es sind aber auch fahrbare Geräte bekannt, die mittels eines Gebläses heisse Luft in die über dem Gelände liegende Atmosphäre blasen. Auch diese Geräte haben nur geringe Wirksamkeit, weil sie praktisch nur die Luft erwärmen und in Bewegung bringen, so dass nach dem Vorbeifahren des Gerätes die erwärmte Luft sehr bald aufsteigt und eine erhebliche Wärmemenge mitnimmt, die für die Freilandbeheizung verlo- rengeht.
Es sind auch fahrbare Geräte bekanntgeworden, die lediglich als Raucherzeuger zur Trübung der Luft dienen und demnach mit unvollständiger Verbrennung arbeiten. Diese Geräte haben keine Strahlungsflächen und können nicht zur Wärmeabgabe herangezogen werden.
Gegenüber allen diesen bekannten Geräten liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass für eine günstige Freilandbeheizung die Kombination von Geländeerwärmung, d. h. der Erwärmung des Bodens und der auf ihm stehenden Pflanzen usw., mit Lufterwärmung und Erzeugung einer Luftbewegung in Form einer Strömung oder durch Wirbelung erforderlich ist.
Diese gleichzeitige Wirkung der verschiedenen Arten von Erwärmung wird dadurch erzielt, dass erfindungsgemäss die den Brenner umgebende, auf dem Fahrgestell angebrachte Brennkammer, als Wärmestrahler ausgebildet ist und von dünnen, aus gut wärmeleitfähigem und hitzebeständigem Material bestehenden Wänden umgeben ist, die an der Aussenseite gute Wärmestrahleigenschaften aufweisen.
Durch die Erfindung wird neben der Lufterwärmung und Luftdurchwirbelung, die durch die heissen Verbrennungsgase hervorgerufen werden, auch eine beträchtliche Geländeerwärmung hervorgerufen, die sich insbesondere durch ihre Nachhaltigkeit auszeichnet. Die von dem Gerät nach der Erfindung abgegebene Strahlungswärme lässt sich dadurch mit besonders hohem Wirkungsgrad erzeugen, weil durch die fahrbare Gestaltung des Gerätes die wärmeabstrahlenden Flächen gegenüber den stationären Wärmestrahler wesentlich höher aufgeheizt werden können, ohne die Gefahr von Verbrennungsschäden an den Kulturpflanzen hervorzurufen. Es wird somit durch die Erfindung eine sehr wirksame Freilandbeheizung mit geringem technischem Aufwand und geringem Brennstoffbedarf erzielt.
Zur Erzielung einer günstigen Wärmebestrahlung kann gemäss der Erfindung die Brennkammer als länglicher Körper ausgebildet sein, der in seiner Längsrichtung von der vom Brenner erzeugten Flamme durchsetzt wird und mit seiner Längsachse in Fahrtrichtung angeordnet ist. Die längliche Ausbildung der Brenn-
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kammer lässt durch die Wahl der Brennkammerlänge in einfacher Weise ein günstiges Verhältnis zwischen der Strahlungsintensität und der unmittelbar der Luft zugeführten Wärmemenge einstellen. Insbesondere lässt sich auch hiedurch die Temperatur der in die Luft übergehenden heissen Verbrennungsgase soweit herabsetzen, dass mit dem Gerät nach der Erfindung dicht an den Kulturpflanzen vorbeigefahren werden kann, ohne Schaden anzurichten.
Vorteilhaft kann die aufgeheizte Aussenfläche der Kammerwandung unmittelbar mit der umgebenden Luft in Berührung stehen. Neben dieser unmittelbaren Wärmezufuhr zur umgebenden Luft bietet dies den Vorteil, dass der Wärmeaustausch bevorzugt an den heissesten Stellen der Kammerwandung eintritt, sich eine verhältnismässig gleichmässige Wandtemperatur auf die gesamte Kammerlänge einstellt, so dass auch die Strahlungsintensität über die gesamte Kammerlänge verhältnismässig gleichmässig ist.
Vorteilhaft sind die Kammerwände aus gewelltem Metallblech, vorzugsweise Eisenblech, hergestellt.
Das gewellte Metallblech bietet einerseits eine verhältnismässig grosse strahlende Oberfläche und ergibt ausserdem eine günstige ziemlich diffuse Raumcharakteristik der Strahlungsintensität.
Zur Erhöhung der Zusammenwirkung von Strahlungsheizung und der Lufterwarmung durch die heissen Verbrennungsgase können nach der Erfindung in der Kammerwandung Auslassöffnungen für die heissen Verbrennungsgase angebracht sein, die vorzugsweise verstellbare Ablenkplatten aufweisen. Die Auslassöffnungen für die Verbrennungsgase sind vorteilhaft am hinteren Kammerende angeordnet. Zweckmässig sind die Ablenkplatten parabolisch ausgebildet und derart angeordnet, dass sie die Verbrennungsgase seitlich und nach unten ablenken. Die Verbrennungsgase strömen daher zunächst auf den Boden und an die Kulturpflanzen und erwärmen dadurch ebenfalls den Boden und die Pflanzen, bevor sie sich vollständig mit der umgebenden Luft vermischen und dadurch diese Luft wärmen.
Durch den so gelenkten Heissgasstrom wird ausserdem eine beträchtliche Luftdurchwirbelung und Luftströmung hervorgerufen.
Zur besseren Bündelung der Wärmestrahlung können oberhalb der oberen Kammerwandung Reflektoren zur Ablenkung der nach oben austretenden Strahlung in seitlicher Richtung und nach unten angebracht sein.
Diese Reflektoren sind vorteilhaft als sich über die gesamte Kammerlänge erstreckende Fläche mit reflektierender Oberfläche ausgebildet. Die Reflektoren sind vorteilhaft beweglich oberhalb der oberen Kammerwandung angebracht. Sie lassen sich hiedurch leicht der Höhe der zu schützenden Kulturpflanzen anpassen. Auf diese Weise können die Reflektoren dazu benutzt werden, insbesondere die Kulturpflanzen mit der Strahlungsheizung zu erfassen. für solche Fälle, in welchen eine stärkere Luftströmung und Durchwirbelung gewünscht ist, können bei dem Gerät nach der Erfindung zur Beschleunigung der heissen Verbrennungsgase deren Auslassöffnungen über einen Druckluftzuführungskanal an ein Gebläse angeschlossen sein.
Dies bedeutet, dass die heissen Verbrennungsgase unmittelbar beim Austritt aus dem Gerät mit kalter Druckluft gemischt werden und so ohne Schaden mit grosser Geschwindigkeit.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung beispielsweise dargestellt. Es zeigen Fig. l eine Ausführungsform des Gerätes nach der Erfindung schematisch in seitlicher Ansicht : Fig. 2-5 die Verbrennungskammer allein in Seitenansicht, Vorderansicht, Hinteransicht und schematischem Querschnitt, Fig. 6-10 eine etwas abgewandelte Ausführungsform der verbrennungskammer in Seitenansicht, Draufsicht, Vorderansicht, Hinteransicht und im Querschnitt ; Fig. 11-13 das gesamte Gerät mit einer Verbrennungskammer nach Fig. 6-10 in Seitenansicht, Hinteransicht und Draufsicht, und Fig. 14-16 eine weitere Ausführungsform des Gerätes nach der Erfindung.
In der Ausführungsform nach Fig. 1-5 besteht die Verbrennungskammer 1 im wesentlichen aus einer Hülle aus Eisenblech oder anderem geeigneten Metall. Das Blech weist, wie insbesondere Fig. 5 zeigt, Wellungen 12 auf. Es kann so beispielsweise die Kammer 1 aus handelsüblichem Wellblech aufgebaut sein.
In der dargestellten Ausführungsform stellt die Kammer 1 einen länglichen Körper dar, der einen etwa quadratischen Querschnitt besitzt. Die Versteifung der Kammerwandung wird durch Rahmen 2, 3 und 4 aus Profileisen sichergestellt. An diese Eisenrahmen ist das Blech der Kammerwandung angeschweisst. An ihrem unteren Teil tragen der mittlere Rahmen 2 und der hintere Rahmen 4 ösenartige Halteeinrichtungen 6. die, auf entsprechende Halteglieder 8 am Fahrgestell 7 aufgeschoben sind. Der vordere Rahmen 3 ist an seinem unteren Teil mit laschenartigen Befestigungsgliedern 5 versehen, die mittels Schrauben 9 am Fahrgestell 7 befestigt sind. An ihrem vorderen Ende ist die Kammer 1 durch eine Wand 10 abgeschlossen, die in ihrer Mitte eine runde Einführungsöffnung 11 für den Brennerkopf 13 aufweist.
Unterhalb dieser Öffnung 11 weist die Vorderwand 10 der Kammer 1 eine weitere Öffnung auf, die durch die Klappe 14 verschlossen ist. Diese Klappe 14 ist mittels des Handhebels 15zur Regelung der Sekundärluft für den Brenner einstellbar. Die Hinterseite der Kammer 1 ist als Austrittsöffnung für die heissen Verbrennungsgase ausgebildet. Dort sind zwei Ablenkplatten 16 für die heissen Verbrennungsgase schwenkbar gelagertund mittels der Handhebel 17
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einstellbar. Diese Ablenkplatten 16 lenken die heissen Verbrennungsgase je nach ihrer Stellung mehr oder weniger stark seitlich ab, auf die zu schützenden Kulturpflanzen zu.
An den zwei seitlichen Wänden der Kammer 1 sind in der Höhe des Brennkopfes 13 zwei rechtekige, mit Klappen verschliessbare Öffnungen 18 angebracht, durch die das Zünden ues Brenners und die Kontrolle der Verbrennung ermöglicht wird.
In dieser Ausführungsform der Erfindung ist ein Öl-Gebläsebrenner 19 vorgesehen, der durch einen Verbrennungsmotor 20 angetrieben wird. Der Brenner 19 und der Motor 20 sind mittels eines Gestelles 21 auf dem Fahrgestell 7 befestigt. Der Brennstoff, der dem Ölbrenner zugeführt wird, ist in einem Fass 22 untergebracht, das von einem Gestell 23 getragen wird, welches auf den Stangen 24 in Längsrichtung des Fahr- gestelles 7 verschiebbar auf diesem angebracht ist. Das Traggestell 23 besitzt an seinem oberen Teil das Fass 22 umgreifende Schellen 25, die mittels Bügelschrauben 26 verschlossen sind.
Das Fahrgestell 7 ist als Einachs-Anhänger ausgebildet, der an einem Traktor öd. dg1. angehängt wer- den kann. Zum Schutz der Gummibereifung 27 gegen die Wärmestrahlung der Kammer 1 sind Schutzbleche 28 am Fahrgestell 7 angebracht.
Das Gerät nach der Erfindung wird mittels eines Traktors od. dgl. mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 bis 15 km/h über das zu beheizende Freiland gefahren. Esentwickelthiebei durch die. gemeinsame Wirkung von Lufterwärmung, Luftbewegung und Wärmestrahlung eine sofortige Aufwärmung. Die dabei dem Boden und den Kulturpflanzen zugeführte Wärme wirkt dann auch noch nachhaltig, wenn das Gerät bereits vorbeigefahren ist. Ausserdem wird eine nachhaltige Wirkung dadurch erzielt, dass verdampfte Bodenfeuch- tigkeit und in den Auspuff- und Verbrennungsgasen enthaltenes Wasser kondensieren und gegebenenfalls Reif bilden, wobei die Kondensation und Reifbildung wiederum Wärmemengen freisetzen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus den Fig. 6-13. Die Kammer 101 ist dort in ähnlicher Weise aufgebaut wie im Beispiel der Fig. 1-5. Sie besteht wiederum im wesentlichen aus gewelltem Blech. Jedoch sind die Wellungen 112a der Seitenwände derart ausgeführt, dass die schräg nach oben strahlenden Wellungsschenkel 112b breiter als die schräg nach unten strahlenden Wellungsschenkelll2c ausgebildet sind. Man erhält hiedurch eine besonders intensive Bestrahlung der Kulturpflanzen durch die Seitenwände der Kammer 101. Die obere und untere Kammerwandung weisen eine flachere Wellung 112d auf, so dass die Strahlung dieser Wände stärker gebündelt ist als diejenige der Seitenwände.
Zum Versteifen der Kammerwandung sind wieder die Rahmen 102,103, 104 aus Profileisen vorgesehen. Mit diesen Rahmen 102,103 und 104 ist die Kammer 101 wiederum auf das Fahrgestell 107 gesetzt. Wie im Beispiel der Fig. 1-5 tragen die Rahmen 102 und 104 ösenartige Befestigungsteile 106, die auf entsprechende waagrecht liegende Bolzen 108 am Fahrgestell 107 gezogen sind, um eine Verschiebung in Längsrichtung beim Aufheizen der Kammer 101 zu ermöglichen. Der vordere Rahmen 103 ist wieder mit Befestigungslaschen 105 versehen.
Nach vorne hin ist wiederum die Kammer 101 durch die Wandung 110 abgeschlossen, die'in gleicher Weise wie im Beispiel der Fig. 1-5 eine mittlere Öffnung 111 für den Brennerkopf 113 und eine Sekundärluftöffnung 114 aufweist. In der Seitenwandung der Kammer 101 sind wieder verschliessbare Öffnungen 118 zum Zünden und Kontrollieren. des Brenners vorgesehen.
Im Unterschied zur Ausführungsform nach den Fig. 1-5 ist das hintere Ende der Kammer 101 zu feststehenden Umlenkblechen 116 für die heissen Verbrennungsgase ausgebildet. Diese Umlenkbleche 116 weisen parobolische Form auf und lenken die heissen Gase nach seitlich und unten ab. Oberhalb und unterhalb der Umlenkbleche 116 sind die eigentlichen Austrittsöffnungen für die heissen Gase nach oben und unten hin begrenzende Deckplatten 117 angebracht. Es wird dadurch eine scharfe Bündelung der heissen Gase erreicht.
Der Ölbrenner ist auch in dieser Ausführungsform der Erfindung wieder als Gebläsebrenner 119 ausgebildet und durch den Verbrennungsmotor 120 angetrieben. Der Brenner 119 ist an der vorderen Kammerwand 110 befestigt und trägt mittels eines Trägerteils 121 den Motor 120. Das zu verbrennende Öl ist wiederum in einem Fass 122 untergebracht, das zum Unterschied zur Ausführungsform nach den Fig. 1-5 nicht oberhalb, sondern vordem Brenner 119 und dem Motor 120 auf dem Fahrgestell 107 mittels des Trägerrahmens 123 angebracht ist. Der Trägerrahmen 123 weist wiederum Schellen 125 auf, die mittels Verschlusseinrichtungen 126 das Fass 122 festhalten. Die Ölzufuhr vom Fass 122 zum Brenner 119 erfolgt über eine Ölleitung 130, die mittels des Ventils 131 verschliessbar ist.
Die Ölleitung 130 ist mit einer Schlaufe 132 an einer Seitenwand der Kammer 101 vorbeigeführt, um hiedurch eine Vorerwärmung des zu verbrennenden Öles zu erzielen.
Auch in dieser Ausführungsform der Erfindung ist das Fahrgestell 107 als Einachsanhänger ausgebildet, dessen Gummibereifung 127 durch die Schutzbleche 128 vor der Wärmestrahlung der Kammer 101 ge-
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schützt ist. Das Fahrgestell 107 ist wiederum mittels eines Auges 129 an einem Traktor od. dgl. anzuhängen.
Zusätzlich zu dem Gerät nach den Fig. 1-5 trägt das Heizungsgerät nach dieser Ausführungsform ober- halb der Kammer 101 Reflektorenbleche 133, die die von der Kammeroberseite ausgehenden Wärmestrahlen nach seitlich und unten ablenken. Diese Reflektorenbleche 133 zeichnen sich durch gut reflektierende Oberflächen aus. Sie können beispielsweise aus Aluminiumblech oder einem verchromten oder vernickelten Metallblech bestehen. In dem gezeigten Beispiel sind die Reflektorenbleche 133 verstellbar angeordnet, Hiezu sind am oberen Teil der Halterrahmen 102,103 und 104 der Kammer 101 teleskopartige Halter 134 mittels Scharnieren 135 angelenkt, die wiederum mittels Scharnieren 136 am oberen Rand der Reflektorenbleche 133 befestigt sind.
Die beiden Reflektorenbleche 133 sind an ihrem unteren Rand scharnierartig miteinander verbunden und am vorderen und hinteren Ende in je einer Kulisse 137 geführt und mittels Feststellschraube 138 feststellbar. Die beiden Kulissen sind auf dem vorderen Tragrahmen 103 und dem hinteren Tragrahmen 104 der Kammer 101 fest angebracht. Die Reflektorenbleche 133 sind in ihrer Querrichtung parabolisch gebogen und ergeben dadurch eine günstige Bündelung und Umlenkung der von der Kammeroberseite abgestrahlten Wärmestrahlen.
Die jeweilige Einstellung der Reflektorenbleche, wie sie aus einem Vergleich der Fig. 8 und 9 hervorgeht, ergibt die Möglichkeit, die von der Kammeroberseite abgegebene Wärmestrahlung mehr oder weniger stark nach unten abzulenken, so dass diese Strahlung auf bestimmte Bereiche, beispielsweise die oberen Bereiche der Kulturpflanzen, gerichtet werden kann.
In der Ausführungsform des Gerätes nach der Erfindung nach den Fig. 14-16 ist das Gerät in ähnlicher Weise aufgebaut, wie in der Ausführungsform nach den Fig. 6-13. Es kommt lediglich hinzu, dass dem Auslass der heissen Verbrennungsgase am hinteren Teil der Kammer 201 ein Druckluftauslass 240 zugeordnet ist. Hiedurch tritt unmittelbar am Auslass der heissen Gase eine Vermischung und Beschleunigung der hei- ssen Verbrennungsgase seitlich und nachuntenein. Die Druckluft wird in dieser Ausführungsform der Erfindung durch ein Gebläse 241 erzeugt, das am vorderen Teil der Kammer 201 oberhalb dieser angebracht ist. Das Getriebe 241 ist zusammen mit dem Öl-Gebläsebrenner 219 vom Verbrennungsmotor 220 angetrieben. An das Gebläse 241 schliesst sich ein Druckluftkanal 242, der oberhalb der Kammer 201 geführt ist.
Der Druckluftkanal 242 mündet in ein am hinteren Ende der Kammer 201 oberhalb dieser angebrachten Umlenk- und Verteilungsstück, dasaufdie Umlenkbleche 216 für die heissen Verbrennungsgase gesetzt ist. Zwischendem Umlenk- und Verteilungsstilck 243 und dem Auslass für die heissen Verbrennungsgase ist im dargestellten Beispiel die obere Wandung 217 des Verbrennungsauslasses angeordnet. Man erhält hiedurch zwei getrennte Auslässe für die Druckluft und die heissen Verbrennungsgase.
Im dargestellten Beispiel wird ein Teil der Wandung des Druckluftkanals 242 durch die Reflektorenbleche 233 gebildet. Hiedurch werden die Reflektorenbleche 233 unmittelbar von der Druckluft bespült und intensiv gekühlt. Im dargestellten Beispiel sind deshalb die Reflektorenbleche 233 fest angebracht. Es ist jedoch auch möglich, sie wie im Beispiel der Fig. 6-13 beweglich anzubringen und den oberen Wandungsteil 244 des Kanals 242 flexibel und dehnbar auszubilden.
Die besondere Wirksamkeit des Gerätes nach der Erfindung ergibt sich aus dem folgenden Ausführungbeispiel :
In einem Gerät nach den Fig. 6-13 wird ein Ölbrenner für 1100000 kcal Wärmeerzeugung pro Stunde bei 125 kg Ölverbrauch pro Stunde benutzt. Die Verbrennungskammer ist 2 m lang und besitzt einen Au- ssenquerschnittvon 0, 70 x 0, 70 m. Die Kammerwandungensind aus 2 mm starkem Schwarzblech oder rostfreiem Stahlblech ohne Schamotteverkleidung hergestellt. Die Kammerwandungen weisen Wellungen auf, die die Abstrahlfläche vergrössern und den grössten Teil der Wärmestrahlung seitlich und nach unten lenken.
Die gesamte Abstrahlfläche der Kammer beträgt so etwa 10 nf, die sich im Betrieb auf 700-8000C erwärmt. Nach dem Gesetz von Stefan Boltzmann (Pohl, Einführung in die Optik 1948, S. 302), ist die abgestrahlte Leistung eines schwarzen Körpers
EMI4.1
Tu = absolute Umgebungstemperatur.
Hieraus lässt sich die pro Stunde abgestrahlte Wärmemenge wie folgt errechnen :
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EMI5.1
EMI5.2
EMI5.3
Dies sind knapp gerechnet mindestens 30% der erzeugten Wärme. Man erhält somit das günstige Verhältnis, dass etwa 30% der abgegebenen Wärme Strahlungswärme ist, die den Boden und den zu schützenden Kulturpflanzen zugeführt wird, während der Rest der erzeugten Wärme für die Lufterwärmung und Luftbewegung ausgenutzt wird.
Wenn in der obigen Beschreibung Ausführungsformen erörtert werden, bei denen im wesentlichen Brennkammern mit etwa quadratischem Querschnitt benutzt werden, so istesauchdurchausmöglich, der Brennkammer eine zylindrische Form aus Wellblech zu geben. Statt eines Einachsanhängers ist es auch mög- lich, das Gerät nach der Erfindung auf einem Selbstfahrgestell anzubringen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Fahrbares Heizgerät für Freilandbeheizung, insbesondere für Obstplantagen, Weinberge u. dgl., das die von einem Gas- oder Ölbrenner in einer Brennkammer erzeugte Wärme und heissen Abgase der über dem Gelände lagernden Luft zur Bodenerwärmung, Lufterwärmung und Erzeugung einer Luftbewegung zu- führt, dadurch gekennzeichnet, dass die den Brenner (13, 113, 219) umgebende auf dem Fahrgestell (7, 107, 207) angebrachte Brennkammer (1, 101, 201) als Wärmestrahler ausgebildet ist und von dünnen, aus gut w rmeleitfähigem und hitzebeständigem Material bestehenden Wänden umgeben ist, die an der Aussenseite gute Wärmeabstrahleigenschaften aufweisen.