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Die Erfindung betrifft einen Hellstrahler, mit einem Brenner, einem Gebläse und einer als Abstrahlungsfläche dienenden, mit Flammendurchtrittskanälen versehenen Strahlplatte, wobei der Brenner mit einer Brenngaszuführung verbunden ist, wobei das Gebläse dazu eingerichtet ist, dem Brenner Verbrennungsluft zuzuführen, wobei der Brenner eingerichtet ist, ein flächiges Glühen der Strahlplatte zu bewirken.
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Im gewerblichen und industriellen Bereich werden zur Beheizung von Produktions- und Lagerstätten häufig Infrarotstrahler eingesetzt. Diese erzeugen eine Infrarotstrahlung, welche zur Wärmeerzeugung genutzt wird. Der Vorteil von Infrarotstrahlern gegenüber konventionellen Heizungssystemen ist zum einen, dass diese ihre Wärme nahezu verlustfrei abgeben. Zum anderen werden Zuglufterscheinungen, wie sie bei konventionellen Verbrennungssystemen auftreten, vermieden.
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Infrarotstrahler werden in Hell- und Dunkelstrahler unterschieden. Während bei Dunkelstrahlern die Wärme durch Verbrennung eines Brenngas-Luftgemisches in einem geschlossenen Rohr erzeugt wird, bei der die Oberfläche des durch die erzeugten Heißgase erwärmten Rohres die Wärme überwiegend als Strahlung abgibt, wird bei Hellstrahlern ein Brenngas-Luftgemisch an der Oberfläche einer oder mehrerer hierzu angeordneter keramischer Strahlplatten verbrannt. Als Brenngas wird entweder Erdgas oder Flüssiggas (Propangas oder Biogas) verwendet. Der Name Hellstrahler basiert auf der sichtbaren Verbrennung des Brenngas-Luftgemischs auf der keramischen Strahlplatte, welche hierdurch aufglüht. Hierzu weist die keramische Strahlplatte parallel zueinander angeordnete Flammendurchtrittskanäle mit zur Abstrahlungsseite angebrachten, häufig konischen Vertiefungen auf. Bei der Verbrennung erfolgt die Flammbildung im Wesentlichen in den Vertiefungen, wodurch eine gleichmäßige Erwärmung der Seitenwände der Vertiefungen und den zwischen den Vertiefungen gebildeten Stegen erfolgt. Die keramische Strahlplatte kann hierbei Temperaturen von 950°C und mehr erreichen. Die Verbrennungsabgase werden an die Raumluft abgegeben. Derartige Hellstrahler sind beispielsweise in der
EP 2 014 980 A1 beschrieben.
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Um die bei der Verbrennung des Brennstoffs entstehende Schadstoffe zu minimieren, ist es ein stetiges Bestreben, ein optimales stöchiometrisches Verhältnis zwischen Brenngas und Luft zu erreichen, um eine möglichst vollständige Verbrennung zu erzielen, bei der die Schadstoffemission minimiert ist. Bei modernen Hellstrahlern werden bereits sehr gute Abgaswerte erzielt, was unter anderem durch eine Anpassung von Brenngas und/oder Luft in den Brenner erzielt wird. In der
DE 10 2014 019 766 A1 ist weiterhin ein Hellstrahler beschrieben, bei dem mittels Sensoren der Brennwert des Brenngases ermittelt wird und in Abhängigkeit des hierfür optimalen Mischungsverhältnisses die Zufuhr der Verbrennungsluft geregelt wird.
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Die modernen Hellstrahler haben sich in der Praxis bewährt und weisen einen verhältnismäßig geringen Schadstoffausstoß bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad auf. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hellstrahler bereitzustellen, dessen Schadstoffausstoß bei zumindest gleichem Wirkungsgrad weiter vermindert ist. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Mit der Erfindung ist ein Hellstrahler bereitgestellt, der einen im Vergleich zum Stand der Technik zumindest gleichbleibenden Wirkungsgrad aufweist und bei dem der Schadstoffausstoß vermindert ist. Dadurch, dass die Brenngaszuführung vorzugsweise ausschließlich mit einer Wasserstoffquelle verbunden ist, sind in dem Abgas theoretisch keine kohlenstoffhaltigen Schadstoffe wie Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid oder Kohlenwasserstoffe enthalten, da Wasserstoff keinen Kohlenstoff enthält.
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In Weiterbildung der Erfindung sind die Wasserstoffzuführung und das Gebläse derart ausgebildet und ausgerichtet, dass Wasserstoffströmung und Verbrennungsluftströmung in einem Winkel zueinander angestellt sind, wobei der Winkel vorzugsweise kleiner gleich 90 Grad und größer gleich 45 Grad beträgt.
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Hierdurch ist eine gute Vermischung von Wasserstoff und Verbrennungsluft erzielt.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist ein Reflektor angeordnet, der die Abstrahlungsfläche der Strahlplatte einfasst und der einen Abgasraum begrenzt, wobei dem Brenner vorgeschaltet ein Verbrennungsluft-Mischraum angeordnet ist, der mit einer Verbrennungsluftquelle und dem Abgasraum verbunden ist. Durch die Zuführung von Abgasen zur Verbrennungsluft ist eine Sauerstoffminderung erzielt, wodurch eine Senkung der Flammtemperatur ermöglicht ist. Darüber hinaus ist durch die Rezirkulation des Abgases eine Minderung der Stickoxidemission bewirkt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Abgasraum mit dem Verbrennungsluft-Mischraum über einen Ejektor verbunden, wobei das Treibmedium des Ejektors durch das Gebläse eingebrachte Verbrennungsluft und das in den Verbrennungsluft-Mischraum angesaugte Medium in dem Abgasraum befindliches Abgas ist. Hierdurch ist ein definiertes Verhältnis von Verbrennungsluft und Abgas erzielt. Bevorzugt ist eine Stellvorrichtung angeordnet, über die das Verhältnis des Verbrennungsluftvolumenstroms zum angesaugten Abgasvolumenstrom des Ejektors einstellbar ist.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der Verbrennungsluft-Mischraum innerhalb des Gebläses angeordnet. Hierdurch ist eine gute Vermischung von Verbrennungsluft und Abgas bewirkt.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist die Wasserstoffzufuhr flächig über eine Verteilerplatte geführt, die parallel beabstandet zur Strahlplatte angeordnet ist und die eine Brennstoffmischkammer begrenzt. Hierdurch ist eine gleichmäßige, flächige Wasserstoff-Verbrennungsluft-Vermischung bei gleichzeitiger Vermeidung eines Flammrückschlages bewirkt. Vorteilhaft kann die Brenngaszuführung auch mit einer Wasserstoff-Verbrennungsluftgemisch-Quelle verbunden sein, wobei die Wasserstoffkonzentration in dem Gemisch oberhalb der oberen Explosionsgrenze zugeführt wird, weshalb das Wasserstoff-Verbrennungsluftgemisch nicht zündfähig ist. Auf diese Weise ist nur ein sehr geringer Sauerstoffgehalt in der in die Mischkammer eingebrachten Verbrennungsluft erforderlich.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein die Verteilerplatte zumindest bereichsweise umfassender Zuluftkanal angeordnet, der mit dem Gebläse verbunden ist. Bevorzugt ist der Zuluftkanal derart ausgebildet, dass eine flächige Überströmung der Verteilerplatte mit Verbrennungsluft bewirkt ist. Hierdurch ist eine gleichmäßige Vermischung mit dem die Verteilerplatte durchströmenden Wasserstoff erzielt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist optischer Sensor angeordnet, der eingerichtet ist, wenigstens einen Parameter der durch den Brenner erzeugten Flamme zu detektieren. Vorteilhaft ist der Sensor ein UV-Sensor. Hierdurch ist eine Flammerkennung der unsichtbaren Wasserstoffflamme erzielt.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist der optische Sensor einen vorzugsweise stumpfen Winkel mit der Strahlplatte einschließend auf diese ausgerichtet. Hierdurch ist eine zuverlässige Flammenerkennung erzielt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein die Strahlplatte zumindest bereichsweise einfassender Reflektor angeordnet, der mit einem Fenster versehen ist, wobei der optische Sensor von außerhalb des Reflektors durch das Fenster auf die Strahlplatte ausgerichtet ist. Hierdurch ist eine Flammenerkennung in vor Hitze geschützter Position des Sensors erzielt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der optische Sensor mit einer mit dem Gebläse verbundenen Stelleinrichtung zur Unterbrechung und/oder zur Einstellung der Verbrennungsluftzufuhr verbunden. Bevorzugt ist der optische Sensor mit einer mit der Brenngaszuführung verbundenen Stelleinrichtung zur Unterbrechung und/oder zur Einstellung der Wasserstoffzufuhr verbunden. Hierdurch ist eine Beeinflussung des Verbrennungsluft-Wasserstoffgemischs oder auch eine Abschaltung der Wasserstoffzufuhr in Abhängigkeit vom Flammenzustand ermöglicht.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist die Stelleinrichtung mit einem Steuer- und Regelmodul verbunden, das programmiert ist, die Flammeigenschaften anhand hinterlegter Sollparameter durch Veränderung der Wasserstoff- und/oder Verbrennungsluftmengen einzuregeln.
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Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend im Einzelnen beschreiben. Es zeigen:
- 1 die schematische Darstellung eines Hellstrahlers;
- 2 die schematische Darstellung eines Hellstrahlers in einer weiteren Ausführungsform;
- 3 die schematische Darstellung eines Hellstrahlers in einer dritten Ausführungsform und
- 4 die schematische Darstellung eines Hellstrahlers in einer vierten Ausführungsform mit Verteilerplatte und Strahlplatte.
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Der als Ausführungsbeispiel gewählte Hellstrahler gemäß 1 umfasst einen Brenner 1, der mit einer Wasserstoffzuführung 2 und einem Gebläse 3 verbunden ist. Den Brenner 1 umfassend ist ein Reflektor 4 angeordnet.
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Der Brenner 1 umfasst eine Brennstoffmischkammer 11, die von einer keramischen Strahlplatte 12 begrenzt ist. Die keramische Strahlplatte 12 ist in bekannter Art und Weise mit einem sich über die gesamte Fläche erstreckenden Lochmuster versehen, das aus zylindrischen Flammdurchtrittskanälen gebildet ist, die an der nach außen gerichteten Seite der Strahlplatte 12 sich konisch erweiternd ausgebildet sind. Der Strahlplatte 12 gegenüberliegend ist orthogonal zu dieser eine Wasserstoffzuführung 2 angeordnet, die in der Brennstoffmischkammer 11 mündet. Rechtwinklig zur Wasserstoffzuführung 2 mündet eine Druckleitung 31 in der Brennstoffmischkammer 11, die mit dem Gebläse 3 verbunden ist.
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Das Gebläse 3 ist an seiner Saugseite mit einem Ejektor 32 verbunden, dessen Treibanschluss mit einer Verbrennungsluftzuführung 33 und dessen Sauganschluss mit einer Abgaszuführungsleitung 34 verbunden ist, die durch den Reflektor hindurchgeführt ist. In der Abgaszuführungsleitung 34 ist eine Rezirkulationsblende 35 angeordnet. Der durch das Gebläse 3 durch die Verbrennungsluftzuführung 33 angesaugte Verbrennungsluftstrom dient hier als Treibmedium, durch das eine Ansaugung eines Teils des innerhalb des Reflektors 4 befindlichen Abgaspolsters 381 durch die Rezirkulationsblende 35 bewirkt ist. Durch die Rezirkulationsblende 35 ist der Anteil des Abgasstroms in dem Verbrennungsluftstrom einstellbar, wodurch wiederum der Sauerstoffgehalt des Abgas-Verbrennungsluftstrom-Gemischs bestimmt ist. Der übrige Abgasstrom strömt aus dem Reflektor 4 in die Umgebungsluft. In das Gebläses 3 ist ein Verbrennungsluft-Mischraum 39 integriert.
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Druckseitig wird der Brennstoffmischkammer 11 durch das Gebläse 3 ein Abgas -Verbrennungsluft-Gemisch zugeführt, das mit dem durch die Wasserstoffzuführung 2 eingebrachten Wasserstoffstrom nach Austritt durch die Strahlplatte 12 durch eine an dem Brenner 1 außen vor der Strahlplatte 12 angeordnete die Zündelektrode 13 entzündet wird, wodurch außen auf der Strahlplatte 12 ein Flammteppich erzeugt wird. Die Verbrennung findet im Wesentlichen in den konisch erweiterten Abschnitten der Flammdurchtrittskanäle der Strahlplatte 12 statt, wodurch diese an ihrer Außenfläche hellrotglühend erhitzt wird. Durch den über die Rezirkulationsblende 35 einstellbaren Sauerstoffgehalt des Abgas-Verbrennungsluftstrom-Gemischs ist die Flammtemperatur regulierbar.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist der Brenner 1 entsprechend dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ausgebildet und wiederum von einem Reflektor 4 umfasst. Der Strahlplatte 12 des Brenners 1 gegenüberliegend ist wiederum orthogonal zu dieser eine Wasserstoffzuführung 2 angeordnet, die in der Brennstoffmischkammer 11 mündet. Rechtwinklig zur Wasserstoffzuführung 2 mündet eine Druckleitung 31 in der Mischkammer, die mit dem Gebläse 3 verbunden ist. Abweichend von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Gebläse 3 saugseitig mit einer Verbrennungsluftzuführung verbunden, wobei in der Druckleitung 31 innerhalb des Reflektors 4 ein Ejektor 36 eingesetzt ist, durch den ein die Druckleitung 31 radial umspannender Saugspalt 37 gebildet ist. Der sich an den Ejektor 36 anschließende Abschnitt der Druckleitung 31 bildet den Verbrennungsluft-Mischraum 37.
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Durch den über das Gebläse 3 in die Druckleitung 31 eingebrachten Verbrennungsluftstrom wird über den Saugspalt 37 aus dem innerhalb des Reflektors 4 gebildeten Abgaspolster 381 ein Abgasstrom 38 eingesaugt, der sich mit dem Verbrennungsluftstrom vermischt. Das aus der dem Verbrennungsluft-Mischraum 37 der Druckleitung 31 austretende Abgas-Verbrennungsluft-Gemisch wird in der Brennstoffmischkammer 11 mit dem durch die Wasserstoffzuführung 2 eingebrachten Wasserstoffstrom vermischt und wiederum nach Austritt durch die Strahlplatte 12 durch eine an dem Brenner 1 außen vor der Strahlplatte 12 angeordnete die Zündelektrode 13 entzündet.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist in dem Reflektor 4 eine Sensoraufnahme 41 eingebracht, die ein Fenster 42 aufweist. In die Sensoraufnahme ist ein UV-Sensor 43 eingebracht, der über eine elektrische Leitung 44 mit einer - nicht dargestellten Stelleinrichtung zur Unterbrechung der Wasserstoffzufuhr verbunden ist. Der UV-Sensor 43 ist im Ausführungsbeispiel in einem Winkel von 45° zur Strahlplatte 12 ausgerichtet. Wird durch den UV-Sensor 43 keine Flamme detektiert, so wird die Wasserstoffzufuhr durch die Stelleinrichtung unterbrochen. Die Stelleinrichtung oder ein mit dieser verbundenes Steuer- und Regelmodul kann auch zusätzlich mit der Zündelektrode 13 verbunden und derart eingerichtet sein, dass in dem Fall, dass keine Flamme detektiert wird, zunächst die Zündelektrode 13 aktiviert wird und erst nach weiterem Ausbleiben einer Flamme eine Unterbrechung der Wasserstoffzufuhr erfolgt.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist ein Brenner 5 angeordnet, der wiederum mit einem Gebläse 3 verbunden ist. Der Brenner 5 umfasst eine Brennstoffmischkammer 51, die von einer keramischen Strahlplatte 52 begrenzt ist. Der Strahlplatte 52 gegenüberliegend ist orthogonal zu dieser eine Wasserstoffzuführung 2 angeordnet, die in der Brennstoffmischkammer 51 mündet. Zwischen der Wasserstoffzuführung 2 und der Strahlplatte 52 ist parallel zur Strahlplatte 52 eine Verteilerplatte 53 angeordnet. Die Verteilerplatte 53 ist flächig mit einem aus zylindrischen Durchführungen gebildeten Lochmuster versehen. Die Wasserstoffzuführung 2 ist über einen haubenförmigen Abschnitt 21 mit der Verteilerplatte 53 verbunden, sodass eine flächige Durchströmung der Verteilerplatte 53 mit Wasserstoff erfolgt.
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Zwischen der Verteilerplatte 53 und der Strahlplatte 52 ist die Brennstoffmischkammer 51 einfassend ein Zuluftkanal 54 angeordnet, dessen Düsen 55 in einer parallel zur Verteilerplatte 53 angestellten, gedachten Ebene ausgerichtet sind. Der Zuluftkanal 54 ist mit dem Gebläse 3 verbunden, durch den er gespeist ist.
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Das Gebläse 3 ist an seiner Saugseite entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel mit einem Ejektor 32 verbunden, dessen Treibanschluss mit einer Verbrennungsluftzuführung 33 und dessen Sauganschluss mit einer Abgaszuführungsleitung 34 verbunden ist, die durch den Reflektor 4 hindurchgeführt ist. In der Abgaszuführungsleitung 34 ist eine Rezirkulationsblende 35 angeordnet. Die durch das Gebläse 3 durch die Verbrennungsluftzuführung 33 angesaugte Verbrennungsluft dient hier wiederum als Treibmedium, durch das eine Ansaugung eines Teils des innerhalb des Reflektors 4 befindlichen Abgaspolsters 381 durch die Rezirkulationsblende 35 bewirkt ist. Durch die Rezirkulationsblende 35 ist auch hier der Anteil des Abgasstroms in dem Verbrennungsluftstrom einstellbar, wodurch wiederum der Sauerstoffgehalt des Abgas-Verbrennungsluftstrom-Gemischs bestimmt ist. Der übrige Abgasstrom strömt aus dem Reflektor 4 in die Umgebungsluft. Auch hier ist der Verbrennungsluft-Mischraum 39 in das Gebläses 3 integriert.
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Druckseitig wird der Brennstoffmischkammer 51 durch das Gebläse 3 über den Zuluftkanal 54 ein Abgas -Verbrennungsluft-Gemisch zugeführt, das die Verteilerplatte 53 flächig überströmt und das sich mit dem durch die Verteilerplatte 53 durchströmenden Wasserstoff vermischt, bevor es durch eine in der Brennstoffmischkammer 51 angeordnete Zündelektrode 13 entzündet wird. Die Kanäle der Strahlplatte 52 werden von dem heißen Verbrennungsabgas durchströmt und so auf die erforderliche Temperatur gebracht.
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Durch die durch den Zuluftkanal 54 über der Verteilerplatte 53 erzeugte flächige Abgas -Verbrennungsluft-Gemisch-Strömung wird die Verteilerplatte 53 gekühlt, wodurch ein Flammenrückschlag durch die Verteilerplatte 53 verhindert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2014980 A1 [0003]
- DE 102014019766 A1 [0004]
