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Die Erfindung betrifft ein Heißluftgebläse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Nach dem Stand der Technik sind Heißluftgebläse für unterschiedlichste Anwendungen bekannt. Dabei ist ein üblicherweise elektrisch betriebenes Gebläse zum Fördern von Luft durch ein in der Regel zylindrisch ausgebildetes Gehäuse vorgesehen. In dem Gehäuse ist stromabwärts des Gebläses eine elektrische Heizvorrichtung aufgenommen, welche die dadurch hindurchströmende Luft aufheizt, so dass sie an einem Austrittsquerschnitt des Gehäuses als Heißluft austritt.
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Die elektrische Heizvorrichtung besteht üblicherweise aus Widerstandsdrähten, welche auf einem keramischen Trägerkörper aufgenommen sind. Um ein Durchbrennen der Widerstandsdrähte zu vermeiden, ist es erforderlich, die zum Aufheizen der Widerstandsdrähte zugeführte elektrische Leistung mit der die Widerstandsdrähte umspülenden Luftmenge mittels einer Regelung zu korrelieren.
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Die Erzeugung großer Heißluftmengen erfordert den Einsatz hoher elektrischer Leistungen. Die Bereitstellung hoher elektrischer Leistungen wiederum erfordert das Vorhandensein einer entsprechend belastbaren elektrischen Verkabelung. Eine solche Verkabelung ist vielerorts nicht vorgesehen. Zur Erzeugung großer Heißluftmengen werden üblicherweise mit Gasbrennern betriebene Heißluftgebläse eingesetzt. Dabei werden die vom Gasbrenner erzeugten heißen Abgase mit der zugeführten Luft zu deren Erwärmung gemischt.
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Bei den geltungsgemäßen Gasbrennern wird ein zugeführtes Gas/Luft-Gemisch unter Ausbildung einer Flamme verbrannt. Zur Vermeidung einer unvollständigen Verbrennung und infolgedessen sich ausbildender giftiger Kohlenmonoxidemissionen ist es erforderlich, das Gas/Luft-Gemisch in einer strömungsstabilisierten Umgebung zu verbrennen. Dazu wird der Gasbrenner üblicherweise in einer relativ großvolumigen Mischkammer angeordnet. Die Baugröße von mit Gasbrennern betriebenen Heißluftgebläsen ist also relativ groß. Abgesehen davon lässt sich die Leistung von mit einem Gasbrenner betriebenen Heißluftgebläsen lediglich in einem relativ engen Bereich modulieren.
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Die
GB 2,409,158 A offenbart ein Heißluftgebläse mit einem ersten Gebläse zum Fördern von Luft durch ein sich stromabwärts des ersten Gebläses erstreckendes erstes Gehäuse und einem im ersten Gehäuse aufgenommenen Brenner zur Erzeugung heißer Abgase. Der Brenner weist ein zweites Gehäuse auf. Das zweite Gehäuse ist im ersten Gehäuse so angeordnet, dass dazwischen ein Ringspalt mit im Wesentlichen gleichbleibender Breite zum Durchführen eines Luftstroms ausgebildet ist.
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Die
DE 10 2004 006 824 B4 , die
DE 35 38 049 C2 und die
DE 10 2006 031 869 A1 offenbaren jeweils einen Brenner, bei dem die Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemischs oder eine Nachverbrennung der Abgase in einem Porenkörper stattfindet. Bei einem aus der
DE 39 26 699 A1 bekannten weiteren Brenner findet die Verbrennung in einem Porenkörper und eine Nachverbrennung der dabei erzeugten heißen Abgase in einer Nachverbrennungsschicht statt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein leistungsfähiges Heißluftgebläse angeben werden, dessen Leistung in einem weiten Bereich modulierbar ist. Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll das Heißluftgebläse möglichst kompakt ausgebildet sein.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 13.
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Bei dem vorgeschlagenen Brenner erfolgt die Verbrennung des Gas/Luft-Gemischs innerhalb des Porenkörpers an den den zusammenhängenden Porenraum begrenzenden Wänden. Die Ausbildung freier Flammen, welche vom Porenkörper sich in die Umgebung erstrecken, wird vermieden. Eine im Porenkörper an dessen innerer Oberfläche stattfindende Verbrennung ist besonders stabil, vollständig und damit emissionsarm. Abgesehen davon ermöglicht eine Verbrennung eines Gas/Luft-Gemischs innerhalb eines Porenkörpers eine hohe Leistungsmodulation von bis zu 1:20. Der vorgeschlagene Brenner ist robust und störungsunanfällig. Er liefert über seinen gesamten Austrittsquerschnitt hinweg eine innerhalb relativ enger Grenzen liegende gleichbleibende Abgastemperatur. Damit ist es möglich, die zugeführte Luft innerhalb einer relativ kurzen Mischstrecke auf die gewünschte Temperatur aufzuheizen.
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Des Weiteren zeichnet sich das erfindungsgemäß vorgeschlagene Heißluftgebläse durch eine kurze Ansprechzeit bei Leistungsänderungen aus. Mit dem vorgeschlagenen Heißluftgebläse können hohe Leistungen, beispielsweise von mehr als 50 kW, und Ausströmtemperaturen von etwa 1000°C erreicht werden. In Folge der Verwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Brenners kann auf das Vorsehen einer großen Mischkammer verzichtet werden. Das erfindungsgemäße Heißluftgebläse kann besonders kompakt ausgestaltet werden.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine quer zur Stromrichtung der Luft verlaufende erste Querschnittsfläche des ersten Gehäuses im Wesentlichen kongruent zu einer quer zu einer weiteren Stromrichtung des Gas/Luft-Gemischs verlaufenden zweiten Querschnittsfläche eines den Brenner umgebenden zweiten Gehäuses. Das ermöglicht es insbesondere, das zweite Gehäuse im ersten Gehäuse so anzuordnen, dass dazwischen ein Ringspalt mit im Wesentlichen gleichbleibender Breite ausgebildet ist. Der im ersten Gehäuse aufgenommene Brenner kann mit der vorgeschlagenen Anordnung besonders gleichmäßig umströmt und es kann damit innerhalb einer besonders kurzen Mischstrecke eine homogene Mischung mit der zugeführten Luft und damit eine gleichmäßige Temperaturverteilung erreicht werden.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist im Ringspalt eine Drallerzeugungseinrichtung vorgesehen. Mit der Drallerzeugungseinrichtung wird dem Luftstrom zusätzlich eine radiale Strömungskomponente aufgeprägt, so dass er rotierend in eine stromabwärts des Brenners befindliche Mischzone eintritt. Damit kann die Mischung zwischen den heißen Abgasen und der Luft weiter homogenisiert und eine Mischstrecke nochmals verkürzt werden.
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Erfindungsgemäß ist stromabwärts des Brenners zumindest ein quer zur Stromrichtung sich erstreckender, einen zusammenhängenden Porenraum aufweisender zweiter Porenkörper vorgesehen. Der zweite Porenkörper heizt sich durch die von der Mischzone kommende Heißluft auf. Er bildet gewissermaßen einen Wärmepuffer, durch den Heißluft mit einer Temperatur, welche höher als die Temperatur des zweiten Porenkörpers ist, gekühlt und Heißluft, deren Temperatur geringer als die Temperatur des zweiten Porenkörpers ist, aufgeheizt wird. Der zweite Porenkörper dient also dazu, eine Austrittstemperatur der aus dem Heißluftgebläse austretenden Heißluft möglichst innerhalb enger Grenzen um einen vorgegebenen Austrittstemperaturwert zu halten.
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Der zweite Porenkörper ist zweckmäßigerweise scheiben- oder plattenförmig ausgebildet. Er kann insbesondere beim Austrittsquerschnitt des ersten Gehäuses vorgesehen sein. Damit kann über den gesamten Austrittsquerschnitt eine homogene Temperaturverteilung der austretenden Heißluft gewährleistet werden. - Eine Austrittsfläche des ersten Porenkörpers ist zweckmäßigerweise im Wesentlichen parallel zum zumindest einen zweiten Porenkörper angeordnet. Durch die zwischen den Porenkörpern vorgesehene gleichbleibende Distanz kann eine weitere Homogenisierung der Temperaturverteilung der aus dem zweiten Porenkörper austretenden Heißluft erreicht werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung kann dem Brenner stromabwärts eine Ringdüse zum Beschleunigen der mit den heißen Abgasen zu mischenden Luft nachgeordnet sein. Dabei kann ein innerer Umfang eines Ringdüsenspalts der Ringdüse durch eine Außenseite des zweiten Gehäuses oder eine den Brenner umhüllende erste Luftleiteinrichtung begrenzt sein. Ein äußerer Umfang des Ringdüsenspalts kann durch eine Innenseite des ersten Gehäuses oder eine im ersten Gehäuse angebrachte zweite Luftleiteinrichtung begrenzt sein. Mit der vorgeschlagenen Ringdüse kann eine Austrittsgeschwindigkeit der Heißluft erhöht werden. Die erste und/oder zweite Luftleiteinrichtung kann einstellbar sein, so dass eine Breite des Ringdüsenspalts variabel ist. Das ermöglicht eine Anpassung des Heißluftgebläses an ein vorgegebenes externes Anforderungsprofil.
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Es kann auch sein, dass das erste Gehäuse stromabwärts des Brenners eine quer zur Stromrichtung verlaufende dritte Querschnittsfläche aufweist, welche kleiner als die erste Querschnittsfläche ist. Auch diese Maßnahme bewirkt eine Beschleunigung der Strömung. Im Bereich des dritten Querschnitts kann ein sich quer zur Stromrichtung erstreckender weiterer zweiter Porenkörper vorgesehen sein. Ein durch den weiteren zweiten Porenkörper bedingter Strömungswiderstand kann durch die Ausgestaltung des dritten Querschnitts kompensiert werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung ist an einer Außenseite des ersten Gehäuses eine das erste Gehäuse zumindest teilweise umgebende Luftzuführeinrichtung zum Zuführen und gleichzeitigem Vorwärmen der Luft vorgesehen. Das erste Gehäuse kann beispielsweise aus einem Blech hergestellt sein. Infolge des im ersten Gehäuse aufgenommenen Brenners heizt sich das erste Gehäuse auf. Die vom ersten Gehäuse aufgenommene Wärme kann mittels der vorgeschlagenen Luftzuführeinrichtung auf die dem ersten Gehäuse zugeführte Luft übertragen werden. Mit der Luftzuführeinrichtung wird die Luft in Kontakt mit einer Außenseite des ersten Gehäuses geführt, so dass die Wärme des ersten Gehäuses an die Luft abgegeben werden kann.
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Die erste, die zweite und ggf. die dritte Querschnittsfläche können rund, oval oder rechteckig ausgebildet sein.
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Der erste und/oder zweite Porenkörper ist/sind zweckmäßigerweise aus einer Keramik oder aus Metall hergestellt. Bei der Keramik kann es sich beispielsweise um SiC, Al2O3, ZrO oder dgl. handeln. Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung besteht der Porenkörper aus einem keramischen Schaum, der insbesondere aus SiC hergestellt ist. Der Porenkörper kann aber auch aus einem Metall hergestellt sein, insbesondere aus einem warmfesten Stahl. Der Porenkörper kann aus einem Geflecht oder Gewirk von Metalldrähten, aus übereinandergestapelten Metallgittern, aus einem Sintermetall oder einem Metallschaum gebildet sein. Ferner ist es möglich, dass der Porenkörper aus einer losen Schüttung keramischer oder metallischer Elemente besteht, welche in einem aus einem Lochblech oder dgl. hergestellten Käfig aufgenommen sind.
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Nachfolgend werden Ausgestaltungen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht eines ersten Heißluftgebläses,
- 2 eine schematische Schnittansicht eines zweiten Heißluftgebläses,
- 3 eine schematische Schnittansicht eines dritten Heißluftgebläses,
- 4 eine schematische Schnittansicht eines vierten Heißluftgebläses,
- 5a eine schematische Schnittansicht eines fünften Heißluftgebläses,
- 5b eine Draufsicht auf den Gasbrenner gemäß 5a,
- 6a eine schematische Schnittansicht eines sechsten Heißluftgebläses und
- 6b eine Draufsicht auf den Gasbrenner gemäß 6a.
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In 1 ist in einem ersten Gehäuse 1, welches beispielsweise aus Metall hergestellt sein kann, ein Brenner 2 aufgenommen. Der Brenner 2 weist ein zweites Gehäuse 3 auf, dessen Brenner-Austrittsquerschnitt mit einem scheibenförmigen ersten Porenkörper 4 verschlossen ist. Das erste Gehäuse 1 weist eine quer zu einer im Wesentlichen axial gerichteten Stromrichtung R1 zugeführter Luft L runde erste Querschnittsfläche auf. Das zum ersten Gehäuse 1 im Wesentlichen koaxial angeordnete zweite Gehäuse 3 weist eine quer zu einer weiteren Stromrichtung R2 eines Gas/Luft-Gemischs GL innerhalb des zweiten Gehäuses 3 verlaufende zweite Querschnittsfläche auf, welche ebenfalls rund ausgebildet ist. Die erste und die zweite Querschnittsfläche sind also kongruent. Zwischen dem ersten Gehäuse 1 und dem darin aufgenommenen zweiten Gehäuse 3 ist ein umlaufender Ringspalt 5 gebildet, der im Umlauf eine im Wesentlichen gleichbleibende Breite aufweist. Im Ringspalt 5 ist eine Drallerzeugungseinrichtung 6 aufgenommen, die hier im Wesentlichen durch turbinenartig ausgebildete Luftleitbleche gebildet ist. Mit dem Bezugszeichen 7 ist eine Leitung zum Zuführen von Gas oder des Gas/Luft-Gemischs GL zum zweiten Gehäuse 3 bezeichnet. Ein Austrittsquerschnitt des ersten Gehäuses 1 ist mit einem, vorzugsweise scheibenförmig ausgebildeten, zweiten Porenkörper 8 verschlossen.
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Die Funktion des ersten Heißluftgebläses ist folgende:
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Luft L wird mit einem hier nicht gezeigten ersten Gebläse im Wesentlichen axial gemäß der ersten Stromrichtung R1 in das erste Gehäuse 1 geblasen. Der im Wesentlichen axial gerichtete Luftstrom L wird beim Durchtritt durch die Drallerzeugungseinrichtung 6 in radiale Richtungen abgelenkt, so dass sich ein Drallstrom ergibt.
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Ein durch die Leitung 7 dem Brenner 2 zugeführtes Gas/LuftGemisch GL wird im Porenkörper 4 verbrannt. Die Verbrennung findet dabei im Wesentlichen an der inneren Oberfläche des Porenkörpers 4 statt, ohne dass sich eine freie, über eine Austrittsfläche 9 des Porenkörpers 4 sich erstreckende Flamme bildet. Die im Porenkörper 4 stattfindende Verbrennung ist besonders stabil und vollständig. Die bei der Verbrennung im Porenkörper 4 erzeugten heißen Abgase gelangen in eine stromabwärts im ersten Gehäuse 1 befindliche Mischzone 10 und vermischen sich dort mit der rotierenden Luftströmung. Das damit erzeugte Abgas/Luft-Gemisch, das im Weiteren als „Heißluft“ HL bezeichnet wird, durchströmt den zweiten Porenkörper 8. Infolgedessen werden über den Austrittsquerschnitt eventuell bestehende Temperaturunterschiede ausgeglichen. Der Porenkörper 8 bewirkt eine homogene Temperaturverteilung der daraus austretenden Heißluft über den gesamten Austrittsquerschnitt.
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Bei dem in 2 gezeigten zweiten Heißluftgebläse weist das erste Gehäuse 1 stromabwärts des Brenners 2 einen dritten Querschnitt in eine Richtung quer zur Stromrichtung R1 auf. Der dritte Querschnitt ist kleiner als der erste Querschnitt. Im Bereich des dritten Querschnitts ist ein weiterer zweiter Porenkörper 11 angeordnet. Der erste Porenkörper 4, der zweite Porenkörper 8 und der weitere zweite Porenkörper 11 sind jeweils platten- oder scheibenförmig ausgebildet und im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet.
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Der weitere zweite Porenkörper 11 dient hier der Begrenzung der Mischzone 10. Er trägt außerdem zu einer Homogenisierung der Temperaturverteilung der Heißluft in einer stromabwärts des weiteren zweiten Porenkörpers 11 gebildeten Homogenisierungszone 12 bei.
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Auch bei dem in 3 gezeigten dritten Heißluftgebläse weist das erste Gehäuse 1 stromabwärts des Brenners 2 einen dritten Querschnitt auf, der kleiner als ein erster Querschnitt im Bereich des Brenners 2 ist. Der Brenner 2 ist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel von einer beispielsweise zylindrisch ausgestalteten Luftleiteinrichtung 13 umgeben, welche eine dem ersten Gehäuse 1 zugeführte Luft in einen zwischen der Luftleiteinrichtung 13 und einer Innenseite des Gehäuses 1 gebildeten Ringspalt 5 zwingt. Durch die Luftleiteinrichtung 13 und die Innenseite des ersten Gehäuses 1 wird stromabwärts des Brenners 2 eine Ringdüse 14 gebildet. Die durch die Ringdüse 14 austretende Luft ist schräg bezüglich der Stromrichtung R1 gerichtet. Das Vorsehen der Ringdüse 14 bewirkt eine Umlenkung der Luftströmung sowie eine Beschleunigung derselben, so dass innerhalb der Mischzone 10 eine intensive Durchmischung der heißen Abgase und der Luft erreicht wird.
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Das in 4 gezeigte vierte Heißluftgebläse ist ähnlich zu dem in 1 gezeigten ersten Heißluftgebläse aufgebaut. Es weist allerdings eine das erste Gehäuse 1 teilweise umgebende Luftzufuhreinrichtung 15 auf, durch welche die Luft L dem ersten Gehäuse 1 zugeführt wird. Die zweite Luftzufuhreinrichtung 15 hat die Funktion, die zugeführte Luft L um das beim Betrieb heiße erste Gehäuse 1 zu führen, so dass damit eine Vorwärmung der Luft L erreicht wird. Zu diesem Zweck können in der Luftzufuhreinrichtung 15 Strömungsbleche vorgesehen sein, welche beispielsweise eine spiralförmige Luftströmung um das erste Gehäuse 1 erzwingen.
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Die 5a zeigt eine Querschnittsansicht eines fünften Heißluftgebläses. Dabei ist ein Luftzuführkanal 16 radial am ersten Gehäuse 1 angeordnet. Die Leitung 7 zum Zuführen von Gas oder des Gas/Luft-Gemischs GL verläuft dagegen im Wesentlichen parallel zur Stromrichtung R1. Wie insbesondere in Zusammensicht mit 5b ersichtlich ist, ist das erste Gehäuse 1 rechteckig ausgebildet. Das zweite Gehäuse 3 weist eine dazu kongruente ebenfalls rechteckige Querschnittsfläche auf. Ein zwischen dem ersten Gehäuse 1 und dem zweiten Gehäuse 3 gebildeter Ringspalt 5 weist hier entlang der Längsseiten eine erste Breite und entlang der Querseiten eine kleiner als die erste Breite ausgebildete zweite Breite auf. Bei dem in 6a gezeigten sechsten Heißluftgebläse ist ein Austrittsquerschnitt des ersten Gehäuses 1 - im Gegensatz zu den vorher gezeigten Ausgestaltungen - etwa rechtwinklig zur Stromrichtung R1 angeordnet. Ein zweiter Luftzuführkanal 17 mündet in die Mischzone 10 und ermöglicht durch Hinzumischen kalter Luft eine besonders schnelle Änderung der Temperatur der aus dem zweiten Porenkörper 8 austretenden Heißluft. Auch in diesem Fall sind das erste Gehäuse 1 und das zweite Gehäuse 3 rechteckig ausbildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erstes Gehäuse
- 2
- Brenner
- 3
- zweites Gehäuse
- 4
- erster Porenkörper
- 5
- Ringspalt
- 6
- Drallerzeugungseinrichtung
- 7
- Leitung
- 8
- zweiter Porenkörper
- 9
- Austrittsfläche
- 10
- Mischzone
- 11
- weiterer zweiter Porenkörper
- 12
- Homogenisierungszone
- 13
- erste Luftleiteinrichtung
- 14
- Ringdüse
- 15
- zweite Luftleiteinrichtung
- 16
- erster Luftzuführkanal
- 17
- zweiter Luftzuführkanal
- L
- Luft
- GL
- Gas/Luft-Gemisch
- R1
- Stromrichtung
- R2
- weitere Stromrichtung
- HL
- Heißluft
