CZ287907B6 - Způsob zlepšení tepelného výkonu infrazářiče a infrazářič k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Infrazářič (1) je tvořen dutým radiačním tělesem (2), kterému jsou předřazeny trysky (4) s hořákem (5), přičemž plamen zasahuje až do vnitřního prostoru radiačního tělesa (2), nad nímž je upraven reflektor (3). Způsob zlepšení spočívá v tom, že k reflektoru (3) se přiřadí uzavřený sběrný kanál (9), do kterého se vstupními otvory (10), přivrácenými k dutému radiačnímu tělesu (2), nasává horký vzduch, ohřátý dutým radiačním tělesem (2), a tento horký vzduch se ve směru prvých šipek (15) přivede do vnitřního prostoru radiačního tělesa (2) buď přímo, a to ve zvoleném místě podél radiačního tělesa (2), a/nebo přes spalovací komoru (5). Podstatou infrazářiče (1) je, že k reflektoru (3) je přisazen uzavřený sběrný kanál (9), opatřený vstupními otvory (10), přivrácenými k dutému radiačnímu tělesu (2), přičemž vnitřní prostor uzavřeného sběrného kanálu (9) je propojen s vnitřním prostorem radiačního tělesa (2).ŕ

Description

Způsob zlepšení tepelného výkonu infrazářiče a infrazářič k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu zlepšení tepelného výkonu infrazářiče, používaného k vytápění vnitřních prostorů tepelným sáláním z infrazářiče a dále konstrukce tepelného infrazářiče, tvořeného dutým radiačním tělesem, kterému je předřazen tepelný zdroj a ke kterému je přisazen reflektor pro nasměrování tepelného sálání od dutého radiačního tělesa.

Dosavadní stav techniky

V oblasti vytápění infrazářiči se v současné době používají vysokoteplotní infrazářiče, středněteplotní infrazářiče a nízkoteplotní infrazářiče.

Vysokoteplotní infrazářiče se vyznačují relativně malou plochou, avšak mají vysokou teplotu svého povrchu, pohybující se v oblasti 1000 °C. Tyto infrazářiče pracují jako přímotopná zařízení bez výměníku tepla a jsou také označovány jako infrazářiče světlé.

Středněteplotní infrazářiče pracují s nižšími teplotami, pohybujícími se od cca 100 °C do cca 700 °C. Pracují rovněž jako přímotopná zařízení a jsou v praxi označovány jako infrazářiče tmavé. Pro dosažení potřebného množství vysálané tepelné energie mají tyto infrazářiče s výhodou s klesající teplotou radiačního tělesa zvětšenou směnnou plochu.

Nízkoteplotní infrazářiče pracují s teplotami do cca 120 °C a obvykle nejsou přímotopné. Jedná se většinou o vodní či parní radiátory.

Předmětem řešení podle vynálezu jsou zejména tmavé infrazářiče.

Infrazářiče slouží k vytápění především průmyslových objektů či jako zdroj technologického tepla pro různá zařízení. Instalují se zejména na stropy hal nebo na stěny a jsou potom skloněny pod určitým (nastavitelným) úhlem.

Radiační těleso infrazářiče je obvykle trubice různé délky, např. 3 až 300 metrů, různých průměrů, obvykle 90 až 300 mm, a různého materiálového složení, zejména z kovu. Trubice mohou mít tvar U nebo I, případně jsou tvary radiačních těles přizpůsobeny při instalaci provozním podmínkám.

Reflektor je instalován nad radiačním tělesem, resp. radiačními tělesy, a slouží k odrazu a směrování vysálaného tepla. Pro zvýšení účinnosti sálání a snížení problémů s kondenzací u dlouhých radiačních těles se provádí tepelná izolace reflektoru infrazářiče.

Na vstupu radiačního tělesa je instalován zdroj tepla, obvykle hořák na plynná nebo kapalná paliva či elektrický tepelný zdroj. Zdroj teplaje ovládán a řízen elektronikou. Plamen hořáku hoří ve spalovací komoře a zasahuje zpravidla do vnitřního prostoru radiačního tělesa. Dále je infrazářič vybaven ventilátorem, který je umístěn buď před zdrojem tepla (hořákem), takže slouží k promíchávání hořlavé směsi a také k vytváření přetlaku ve spalovací komoře a současně v radiační trubici, neboje umístěn za zdrojem tepla (hořákem), čímž dochází k vytvoření podtlaku jednak ve spalovací komoře, a jednak v radiační trubici. Zpravidla bývá ventilátor umístěn na konci radiační trubice s napojením na odtah spalin z radiační trubice do exteriéru. Do exteriéru odcházejí vychlazené spaliny se zbytkovou částí tepla v nich obsaženém. Teplota odcházejících spalin nesmí být příliš nízká, aby nedocházelo k jejich kondenzaci v radiační trubici. Je proto žádoucí, aby teplota spalin na konci radiační trubice se pohybovala okolo 150 °C.

U některých, zejména dlouhých tmavých infrazářičů je zabudován systém recirkulace spalin, spočívající v tom, že prostřednictvím obtoku je část spalin vrácena zpět do radiační trubice a jejich zbytek je dále odváděn do exteriéru. Recirkulace spalin přináší snížení problémů s kondenzací a zlepšuje hodnoty spalin.

-1 CZ 287907 B6

Účelem vynálezu je zlepšit tepelné výkony infrazářičů, tvořených dutými radiačními tělesy s reflektory, aniž by bylo nutno zvyšovat příkon těchto zařízení. Toho je možno dosáhnout lepším využitím tepla, tj. zvýšením účinnosti infrazářiče.

Podstata vynálezu

Požadovaného účelu bylo dosaženo způsobem zlepšení tepelného výkonu infrazářiče, přičemž podstata způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že k dutému radiačnímu tělesu infrazářiče se přiřadí uzavřený sběrný kanál, do kterého se vstupními otvory nasává horký vzduch ohřátý v okolí dutého radiačního tělesa a tento horký vzduch se přivádí do vnitřního prostoru radiačního tělesa buď přímo a/nebo přes tepelný zdroj, tj. spalovací komoru či elektrické topné těleso.

Horký vzduch je možno přidat do vnitřního prostoru radiačního tělesa ve zvoleném místě podél radiačního tělesa, čímž dojde k jeho smísení se spalinami či horkým vzduchem obsaženým ve vnitřním prostoru radiačního tělesa. Volba místa vstupu horkého okolního vzduchu do vnitřního prostoru radiačního tělesa záleží na požadovaných technických parametrech infrazářiče. Část tepla, obsaženého v horkém okolním vzduchu, se následně předává konvekcí radiačnímu tělesu.

Alternativně je možno horký vzduch z okolí dutého radiačního tělesa přivést do vnitřního prostoru radiačního tělesa přes spalovací komoru či elektrické topné těleso. Průchodem horkého vzduchu přes tepelný zdroj získává tento horký vzduch další tepelnou energii, přičemž tepelná energie se částečně, s danou účinností, následně konvekcí předává radiačnímu tělesu, čímž dojde ke zvýšení jeho teploty.

Infrazářič k provádění způsobu zlepšení tepelného výkonu podle vynálezu je charakterizován tím, že k dutému radiačnímu tělesu infrazářiče je přiřazen uzavřený sběrný kanál, opatřený vstupními otvory přivrácenými k dutému radiačnímu tělesu, a vnitřní prostor uzavřeného sběrného kanálu je propojen s vnitřním prostorem radiačního tělesa. Propojení vnitřního prostoru uzavřeného sběrného kanálu s vnitřním prostorem radiačního tělesa může být provedeno dvojím způsobem, přičemž oba způsoby je možno vzájemně kombinovat.

Prvým způsobem propojení vnitřního prostoru uzavřeného sběrného kanálu s vnitřním prostorem radiačního tělesa je provedení propojení přes tepelný zdroj, kteiý je předřazen dutému radiačnímu tělesu. Druhou možností propojení je provedení propojení ve zvoleném místě podél dutého radiačního tělesa.

Uzavřený sběrný kanál může být v blízkosti dutého radiačního tělesa vytvořen zcela samostatně neboje s výhodou k jeho konstrukci využito reflektoru. Potom může být uzavřený sběrný kanál umístěn buď nad nebo pod reflektorem infrazářiče nebo tvoří součást reflektoru. V případě, že uzavřený sběrný kanál je umístěn nad reflektorem, tvoří s výhodou část reflektoru dolní část uzavřeného sběrného kanálu se vstupními otvory horkého vzduchu. V případě, že uzavřený sběrný kanál je umístěn pod reflektorem, tvoří s výhodou část reflektoru horní část uzavřeného sběrného kanálu.

Výhodou řešení podle vynálezu je zvýšení účinnosti infrazářiče, projevující se zvýšením předaného tepla dutým radiačním tělesem do jeho okolí v rozmezí 20 až 25 %. To znamená, že v případě snížení výkonu tepelného zdroje u infrazářiče podle vynálezu až o jednu čtvrtinu se dosahuje shodné účinnosti s infrazářičem v klasickém provedení.

Přehled obrázků na výkresech

Provedení infrazářiče podle vynálezu jsou schematicky ukázána na výkresech příkladných provedení, na nichž značí obr. 1 boční pohled na infrazářič v klasickém provedení, obr. 2 pohled shora na infrazářič z obr. 1, obr. 3 příčný řez infrazářičem v klasickém provedení, obr. 4 boční pohled na podélný řez infrazářičem podle vynálezu, kdy horký vzduch z uzavřeného sběrného kanálu je přiváděn ke spalovací komoře, obr. 5 pohled shora na infrazářič z obr. 4, obr. 6 boční

-2CZ 287907 B6 pohled na infrazářič podle vynálezu v jiném provedení, kdy horký vzduch z uzavřeného sběrného kanálu je přiváděn přímo do vnitřního prostoru radiačního tělesa, obr. 7 pohled shora na infrazářič z obr. 6, obr. 8 a 9 příčný řez infrazářičem podle vynálezu pro horizontální instalaci a obr. 10 a 11 příčný řez infrazářičem podle vynálezu pro instalaci pod zvoleným úhlem sklopení.

Příklady provedení vynálezu

Klasické dosavadní provedení infrazářiče 1 je ukázáno na obr. 1 až 3, podle kterých je infrazářič

I tvořen dutým radiačním tělesem 2, tvarově upraveným do U, přičemž u vstupu do dutého radiačního tělesa 2 je instalován tepelný zdroj 11, obsahující v tomto konkrétním znázorněném provedení infrazářiče 1 trysky 4 a hořáky 5. Podle obr. 1 a 2 zasahuje plamen až do vnitřního prostoru radiačního tělesa 2, k jehož konci je přisazen odtahový spalinový ventilátor 6 s vyústěním prostřednictvím odtahu 7 do volného prostoru.

Nad radiačním tělesem 2 je upraven reflektor 3, který jednak odráží a jednak usměrňuje vysálané teplo dutým radiačním tělesem 2, jak naznačuje šestice dlouhých šipek podle obr. 3. Čtyři krátké šipky na obr. 3 značí konvekční ohřívání okolního vzduchu nad reflektorem 3 dutého radiačního tělesa 2, který stoupá vzhůru. V okolí dutého radiačního tělesa 2 (obr. 3) jsou tmavým vybarvením naznačeny teplotní zóny s vyšší teplotou okolního vzduchu, zatímco v oblasti pod reflektorem 3 a na jeho stranách je světlejším vybarvením naznačena teplotní zóna s nižší teplotou vzduchu.

Na obr. 4 a 5 je zobrazena prvá varianta provedení infrazářiče 1 podle vynálezu. Pro ukázku tohoto uspořádání je opět použito dutého radiačního tělesa 2 ve tvaru velkého písmena U. Na vstupu do dutého radiačního tělesa 2 jsou instalovány hořáky 5, kterým jsou předřazeny plynové trysky 4.

Nad dutým radiačním tělesem 2 infrazářiče 1 je umístěn uzavřený sběrný kanál 9, opatřený vstupními otvory 10, které jsou přivráceny k dutému radiačnímu tělesu 2. Vstupní otvory 10 mohou být v alternativním provedení uzavřeného sběrného kanálu 9 realizovány např. vstupními kanálky 19, jak je ukázáno na obr. 9. Vstupními otvory 10 je do vnitřního prostoru uzavřeného sběrného kanálu 9 s postranními stěnami a stropem nasáván horký vzduch ve směru prvých šipek 15 z blízkého okolí dutého radiačního tělesa 2, a to prostřednictvím podtlaku vytvořeného ve vnitřním prostoru uzavřeného sběrného kanálu 9 ventilátorem 6. Horký vzduch je z dutiny uzavřeného sběrného kanálu 9 přiváděn spojovacím otvorem 8 jednak k tepelnému zdroji a jednak do spalovací komory, tvořené počáteční částí vnitřního prostoru radiačního tělesa 2 a odtud ve formě spalin do celého vnitřního prostoru radiačního tělesa 2, které je těmito spalinami rovněž vyhříváno. Uzavřený sběrný kanál 9 je v tomto provedení s výhodou přiřazen k reflektoru 3 infrazářiče 1 a vytváří s ním kompaktní celek.

Druhá varianta provedení infrazářiče 1 podle vynálezu je zobrazena na obr. 6 a 7. Nad dutým radiačním tělesem 2 je upraven zcela obdobně uzavřený sběrný kanál 9, opatřený vstupními otvory 10 horkého vzduchu z blízkého okolí dutého radiačního tělesa 2. Horký vzduch je do vnitřního prostoru uzavřeného sběrného kanálu 9 nasáván ve směru druhých šipek 16 a odváděn propojovacím otvorem 14 přímo do vnitřního prostoru dutého radiačního tělesa 2, kde se smísí se spalinami obsaženými v dutém radiačním tělesu 2. O část tepla, obsaženého v horkém vzduchu se zvětší výhřevnost dutého radiačního tělesa 2. Uzavřený sběrný kanál 9 je umístěn s výhodou v blízkosti resp. v sousedství reflektoru 3 infrazářiče 1.

Na obr. 6 a 7 byl horký vzduch zaveden do vnitřního prostoru radiačního tělesa 2 v polovině jeho délky, přičemž propojovací otvor 14. spojující vnitřní prostory uzavřeného sběrného kanálu 9 a radiačního tělesa 2, je možno volitelně umístit podél radiačního tělesa 2 a to v závislosti na požadovaných konstrukčních a technických parametrech infrazářiče 1, výkonu tepelného zdroje

II a v závislosti na délce dutého radiačního tělesa 2.

-3 CZ 287907 B6

Podle obr. 8 je uzavřený sběrný kanál 9 vytvořen v prostoru pod reflektorem 3 infrazářiče 1 a to prostřednictvím přepážky 17 přichycené k reflektoru 3. V přepážce 17 jsou vytvořeny vstupní otvory 10 horkého vzduchu, vstupujícího ve směru prvých šipek 15 z blízkého okolí dutého radiačního tělesa 2 do vnitřního prostoru uzavřeného sběrného kanálu 9. V tomto provedení infrazářiče 1 tvoří část reflektoru 3 horní část 13 uzavřeného sběrného kanálu 9.

Podle obr. 9 je uzavřený sběrný kanál 9 vytvořen v prostoru nad reflektorem 3 infrazářiče 1 a to prostřednictvím překrytu 18. neseného příkladně reflektorem 3. Mezi reflektorem 3 a překrytém 18 jsou upraveny vstupní kanálky 19, kterými proudí horký vzduch z blízkého okolí dutého radiačního tělesa 2 ve směru prvých šipek 15 do vnitřního prostoru uzavřeného sběrného kanálu 9 a odtud do dutého radiačního tělesa 2. V tomto případě provedení infrazářiče 1 tvoří část reflektoru 3 dolní část 12 uzavřeného sběrného kanálu 9 se vstupními kanálky 19 či vstupními otvory 10 horkého vzduchu.

Variantní provedení infrazářiče 1 je ukázáno na obr. 10 a 11, u něhož je tvar uzavřeného sběrného kanálu 9 trojúhelníkového průřezu a to v důsledku instalace infrazářiče 1 ve skloněné poloze. Uzavřený sběrný kanál 9 je vytvořen z překrytu 18 nad částí reflektoru 3. Tato část reflektoru 3 současně tvoří dolní část 12 uzavřeného sběrného kanálu 9, v níž jsou provedeny vstupní otvory 10 horkého vzduchu, kteiý je jimi nasáván ve směru prvých šipek 15 z blízkého okolí dutého radiačního tělesa 2 do vnitřního prostoru uzavřeného sběrného kanálu 9.

Je zcela analogické, že uzavřený sběmý kanál 9 může být vytvořen v blízkosti dutého radiačního tělesa 2 zcela samostatně, to znamená bez využití vazby na reflektor 3. Zakomponování instalovaného reflektoru 3 u infrazářiče 1 do vytvoření uzavřeného sběrného kanálu 9 se však jeví jako výhodnější řešení.

Příklad

V příkladu jsou specifikovány konkrétní parametry infrazářiče 1 podle vynálezu, který pracuje na principu, že teplo, které vzniká ohřátím vzduchu od dutého radiačního tělesa 2 a jinak by bylo konvekcí odvedeno mimo infrazářič 1, je vráceno zpět do vnitřního prostoru radiačního tělesa 2. Hodnota sálání tmavého tělesa je přitom dána třemi veličinami a to barvou tělesa, plochou a jeho teplotou, přičemž o barvě tělesa platí, že čím je tmavší, tím jsou jeho vlastnosti lepší.

Tmavý infrazářič 1 tvaru U s dutými radiačními tělesy 2, např. trubicemi o délce 12 metrů a průměru 100 mm má plochu vyzařování 3,768 m² při průměrné povrchové teplotě 400 °C, která je dosažena zdrojem 11 tepla o výkonu 40 kW. Z praxe lze stanovit, že cca 55 % tepla, dodaného tepelným zdrojem 11, je přeměněno na sálání, cca 35 % teplaje odpadní a je odvedeno konvekcí ohřátím vzduchu a cca 10 % odchází do exteriéru se spalinami, aby nedocházelo ke kondenzaci v dutině radiačního tělesa 2.

Řešení podle vynálezu umožňuje vrátit do procesu větší část z cca 35 % jinak odpadního tepla a tím snížit výkon hořáku 5 tepelného zdroje 11 o 20 až 25 %. To vše při zachování stejné původní průměrné povrchové teploty radiačních trubic. To ve svém důsledku znamená, že hodnota vysálaného tepla infrazářičem 1 se nemění, avšak jeho tepelný zdroj 11 může mít nižší výkon, čímž dochází k energetickým úsporám.

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob zlepšení tepelného výkonu infrazářiče, zejména tmavého infrazářiče, opatřeného reflektorem pro směrování vysálaného tepla radiačním tělesem, při kterém se dutina radiačního tělesa infrazářiče vyhřívá buď hořením plynného či kapalného paliva v hořáku za současného přístupu proudu vzduchu nebo odporově elektricky za současného přístupu proudu vzduchu, vyznačený tím, že horký vzduch ohřátý dutým radiačním tělesem se nasává vstupními

   -4CZ 287907 B6 otvory přivrácenými k dutému radiačnímu tělesu do uzavřeného sběrného kanálu přisazeného k dutému radiačnímu tělesu a tento horký vzduch se přivádí do vnitřního prostoru radiačního tělesa buď přímo a to ve zvoleném místě podél dutého radiačního tělesa a/nebo přes spalovací komoru či elektrické topné těleso, kde získává další tepelnou energii, přičemž tepelná energie se následně konvekcí předává dutému radiačnímu tělesu.
2. 2. Infrazářič k provádění způsobu podle nároku 1, tvořený dutým radiačním tělesem, kterému je předřazen tepelný zdroj, např. plynný, kapalný nebo elektrický, a ke kterému je přisazen reflektor pro nasměrování tepelného sálání od dutého radiačního tělesa, vyznačující se tím, že k dutému radiačnímu tělesu (2) je přiřazen uzavřený sběrný kanál (9), opatřený vstupními otvory (10), přivrácenými k dutému radiačnímu tělesu (2), přičemž vnitřní prostor uzavřeného sběrného kanálu (9) je propojen s vnitřním prostorem radiačního tělesa (2).
3. 3. Infrazářič podle nároku 2, vyznačující se tím, že propojení vnitřního prostoru uzavřeného sběrného kanálu (9) s vnitřním prostorem radiačního tělesa (2) je provedeno ve zvoleném místě podél dutého radiačního tělesa (2).
4. 4. Infrazářič podle nároku 2, vyznačující se tím, že propojení vnitřního prostoru uzavřeného sběrného kanálu (9) s vnitřním prostorem radiačního tělesa (2) je provedeno přes tepelný zdroj (11), předřazený dutému radiačnímu tělesu (2).
5. 5. Infrazářič podle nároku 2, vyznačující se tím, že uzavřený sběmý kanál (9) spoluvytváří reflektor (3).
6. 6. Infrazářič podle nároku 5, vyznačující se tím, že uzavřený sběmý kanál (9) je umístěn nad reflektorem (3).
7. 7. Infrazářič podle nároku 5, vyznačující se tím, že uzavřený sběmý kanál (9) je umístěn pod reflektorem (3).
8. 8. Infrazářič podle nároku 6, vyznačující se tím, že část reflektoru (3) tvoří dolní část (12) uzavřeného sběrného kanálu (9), v níž jsou vytvořeny vstupní otvory (10) horkého vzduchu.
9. 9. Infrazářič podle nároku 7, vyznačující se tím, že část reflektoru (3) tvoří horní část (13) uzavřeného sběrného kanálu (9).