DE1979723U

DE1979723U - Waermestrahler.

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Publication number: DE1979723U
Application number: DEA28631U
Authority: DE
Original assignee: Ikon Office Solutions Inc
Current assignee: Ikon Office Solutions Inc
Priority date: 1966-12-14
Filing date: 1967-10-28
Publication date: 1968-02-29
Also published as: US3425675A

Description

RA.616 586*28,taß7

Gebraucliamuster-Hilfs-Aimelaung

Aleo Standard Corporation, Trenten Avenue und William Street, Philadelphia, Pennsylvania, USA

Wärmestrahler

Die Erfindung betrifft einen Wärmestrahler, der durch Verbrennung beheizt ist, sur Verwendung in einem Ofen, mit einem Brennstoffzufutirrohi% das einen Einlaß und Auslässe auf meiner Mantelfläche aufweist_s durch welche ein gasförmiges Brennstoffgemisch austritt und mit einem äußeren Rohr· aus feuerfestem Werkstoff₉ welches von dem verbrennenden Brennstoffgemisch beheizt wird und Wärme an seine Umgebung abstrahlt. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Wärmestrahler für -WärmeBeehandlungsöfen-.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei sol-, chen Wärmestrahlern eine gleichförmige Abstrahlung auf der gesamten Länge des Rohres zu. erzielen und mehr Wärmeenergie des Brennstoffes an die Heizkammer des ,Of ens abzugeben* als dies bei bekannten öfen der vorliegenden Art der Fall ist. Der Wärmestrahler nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß über das; Brennstoffzufuhrrohr.eine Hülse aus feuerfestem keramischen Werkstoff geschoben ist, welche auf ihrer gesamten Mantelfläche Kanäle zum Durchtritt

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des Brennstoffgemisches und gur Verbrennung desselben auf dieser Mantelfläche aufweist.

Bei dieser Anordnung wird diese Hülse glühend und strahlt Wärme gleichmäßig an das äußere Rohr ab, welches auf diese Weise sehr gleichmäßig über seine gesamte Länge beheizt wird.

Zweckmäßigerweise wird die Anordnung so getroffen, daß in der Mantelfläche des Brennstoffzufuhrrohres ein erster und ©in zweiter Satz von im axialen Ab=- stand voneinander angeordneten Brennstoffauslässen vorgesehen sind und daß dies© beiden Sätze ihrerseits axial und winkelmäßig gegeneinander versetzt sind. Hierdurch wird sichergestellt-,■ daß. der Brennst of faustritt möglichst gleichmäßig auf der gesamten Mantelfläche des Brennstoffzufuhrrohres und der dieses umgebenden Hülse erfolgt. Die Hülse kann aus porösem feuerfestem keramischen Werstoff bestehen und die Kanäle können von den Zwischenräumen in diesem Werkstoff gebildet werden. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen₉ wenn der poröse kera=· mische Werkstoff eine flexible keramische Fiber ist. Die Hülse kann aber auch aus starrem feuerfestem keramischen Werkstoff bestehen und die Kanäle können von getrennten winkelversetzten öffnungen gebildet werden, die sich radial .durch die Hülse er— strecken.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in die Hülse und über das Brennstoffaufuhrrohr ein rohrförmiges Netz eingesetzt ist. Ein solches Netz

verhindert ein Zurückschlagen der Wärme. Das Brennstoffgemisch verbrennt ohne Bildung diskreter Flammen auf der äußeren Oberfläche der Hülse.

Wenn der Wärmestrahler in der Hei^kammer ©ines Ofens angeordnet ist, kann die Anordnung vorteilhafterweise so getroffen werden, daß das äußere Rohr die Hülse vollständig gegenüber der Heizkammer abschließt und einen Abgaskanal bildet, der zwischen dem äußeren Rohr und der Hülse getrennt von der Kammer nach außen geführt ist. Hierdurch wird nicht nur die Kammer von Verbrennungsabgasen freigehalten. Die heißen Abgase streichen außerdem an der Innenwandung des äußeren Rohres entlang und geben Wärme an dieses ab. Es erfolgt somit eine besonders vorteilhafte Ausnutzung der Wärmeenergie. Bin Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in den Abbildungen, dargestellt und im folgenden beschrieben:

Figur 1 ist ein Querschnitt eines Ofens-.mit einer Wärmestrahleranordnung nach der vorliegenden Erfindung.

Figur 2 ist ein vergrößerter Querschnitt längs der Linie 2.-2 von Figur 1.

Figur 3 ist ein Querschnitt im wesentlichen längs der Linie 3-3 von Figur 2..

Figur 4- ist eine perspektivische Darstellung einer abgewandelten Hülse.

In den Zeichnungen ist die Erfindung in Verbindung mit einem Wärmebehandlungsofen 1o dargestellt, welcher mit oberen,, unteren und Seitenwänden 1.1, 12 und 1J versehen ist, die eine Kammer 15 bilden, in welcher Werkstücke.16 durch eine Reihe von Wärme= Strahlern 18 beheizt werden, die Wärmeenergie abstrahlen. Bei einem Ofen dieser Art werden die Werkstücke in einer kastenartigen Prallplattenanordnung 19 angeordnet j welche innerhalb der Kammer untergebracht ist und auf Säulen 2o ruht, die von der unteren Wandung 12 nach oben ragen, so daß die Prall·= plattenanordnung 19 im Abstand von allen Ofenwan= düngen liegt. Während der Behandlung der Werkstücke wird die"Atmosphäre innerhalb der Kammer über die Wärmestrahler, durch die Prailplattenanordnung hindurch und über die Werkstücke durch einen Lüfter 21 zirkuliert, der am unteren Ende einer vertikalen Welle 23 angebracht ist, die nach unten durch die obere Wandung 11 hindurchragt und von einem Elektromotor 2^ angetrieben wird.,

Im vorliegenden Beispiel enthalten die Wärmestrahler 18 längliche äußere Rohre 25, die zwischen den Seitenwandungen der Prallplattenanordnung 19 und den Seitenwandungen 13 des Ofens angeordnet sind und vertikal von der unteren Wandung 12 2ur oberen Wandung 11 ragen. Das obere Ende jedes Rohres ragt nach oben durch ein Loch 26_? welches in der oberen Wandung gebildet wird_s und ist mit der letzteren

über einen metallischen Balgen 27 verbunden, welcher das Loch abdichtet und eine Ausdehnung des Rohres beim Beheizen gestattet.

Vorzugsweise ist jedes Rohr 25 aus nichtporösem feuerfestem keramischem Werkstoff hergestellt und wird von einem brennbaren Gemisch aus Gas und Luft beheizt» welches in optimalen Mengen vorgemischt und dem Rohr unter Brück durch ein Brennstoffzu-= fuhrrohr 29 (Figur 2 und 3) zugeführt wird,, das mit einem Einlaß 3o an seinem unteren Sode versehen ist und mit einem Verteiler 3^ ('Figur 1) in Verbindung steht, welcher unterhalb der unteren Wandung 12 des Ofens 1o angeordnet ist. Jedes Zufuhrrohr 29 ragt von dem Verteiler nach oben durch die untere Wandung des Ofens und dann in das Rohr 25 durch eine Deckplatte 33 (Figur 2), die am un-' teren Ende des Rohres befestigt ist» Eine keramik -sehe Unterlegscheibe 3^? welche das Rohr umgibt und zwischen das untere Ende des Rohres und. die Deckplatte eingelegt ist, gestattet einen gasdichten Abschluß am Grunde des Rohres.

Wenn das Brennstoffgemisch den Rohren 29 zugeführt wird, werden die Rohre 25 auf sehr hohe Temperatur beheizt und strahlen Wärmeenergie zur Beheizung der Werkstücke 16 ab„ Die äußeren'Oberflächen der Rohre sind vertikal- gerieft„ wie bei 35 in Figur 3 angedeutet ist, um ©ine große strahlende Fläche für ein Rohr von vorgegebenem Durchmesser gu schaffen .

Die vorliegende Erfindung besteht in der neuartigen Anwendung eines Teiles 36, durch welches das Brenn-Stoffgemisch zur Verbrennung auf der der Heizkammer 15 zugewandten Oberfläche des Teiles $6 hindurchgeleitet wird, um die Oberfläche zu einer hellstrahlenden Glut au erhitzen, so daß die thermische Energie des Brennstoffs wirksam auf die Kammer übertragen wird und gleichzeitig die in die Kammer abgestrahlte 'Wärme von gleichmäßiger Intensität von der Oberseite bis zum Boden der Kammer ist. Bei einem speziellen Beispiel der Erfindung ist das Teil 56 eine Hülse aus feuerfestem Material, welche in das Rohr 25 und über das Zufuhrrohr 29 in neuartiger Weise eingesetzt ist, derart, daß das Gemisch von Gas und Luft» welches durch das Rohr strömt, gleich·= mäßig durch jeden Teil der Hülse hindurchgeleitet wird» Nachdem das Gemisch durch die Hülse 36 hindurchgetreten ist, entzündet es sich mit im wesentlichen flammenloser Verbrennung an der äußeren Oberfläche der Hülse längs deren gesamter Länge und erzeugt gleichmäßig verteilte Wärmestrahlen von gleichmäßiger Intensität zur Beheizung des Rohres-, welches seinerseits Strahlungsenergie gleichförmig' längs seiner gesamten Länge zum Beheizen der Kammer 15 abstrahlt. Gleichzeitig strömen die Verbren=· nungsprodukte, die sich aus der Verbrennung des Gemisches ergeben, zwischen der Hülse und dem strahlenden Rohr nach oben und beheizen das letztere auf eine noch höhere Temperatur, wodurch ein sehr hoher Anteil der gesamten bei der Verbrennung des Brennstoffs erzeugten Energie erst auf das strahlende

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Rohr und dann auf die Kammer übertragen wird.

Im vorliegenden Falle ragt jedes' Gaszufuhrrohr 29 nach oben über die gesamte Länge des Rohres 25 und erstreckt sich durch die obere Deckplatte 2? und eine keramische Unterlegscheibe 39 hindurch,, die zwischen das obere Ende des Rohres und das obere Ende des metallischen Balgens 2? eingelegt ist. Das Gas- und Luftgemisch, welches durch das Rohr vom Binlaß Jo her zuströmt, wiM zur Außenseite des Rohres durch Sätze- voa radial sich erstrecken=» den und in axialem Abstand voneinander angeordneten Auslassen 4o und &1.-geleitet, die in* den-Wandungen-desjenigen Teiles des Rohres vorgesehen sind, der unterhalb der oberen Wandung 11 des Ofens 1o liegt. Um eine gleichmäßige Verteilung des Gemisches um den Umfang des Rohres und über die gesamte Länge des Rohres hinweg sicherzustellen, erstrecken sich die Auslässe jedes Satzes durch das Rohr an diametral-gegenüberliegenden Punkten, und die Auslässe 4-q des einen. Satzes sind winkel verse tat und axial versetzt relativ zu den Auslässen 4-T des anderen Satzes. Wenn auch dargestellt ist, daß die Auslässe ■in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind und gleichen Durchmesser besitzen, so ist es offensichtlich , daß andere · Anordnungen benutet werden können, um eine gleichförmige Verteilung des Gemisches über die gesamte Länge des Rohres hinweg zu erhalten- Das obere Ende des Rohres ist durch einen inneren Stopfen 43 (Figur 2) abgeschlossen,

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und somit wird alles Gemisch, welches von dem Einlaß her zuströmt, in im wesentlichen gleichen Mengen um und längs der Außenseite des Zufuhrrohres, durch die Auslässe 4o und 41 verteilt.

Vorzugsweise ist die Hülse 36 aus einem relativ flexiblem keramischen Pifoerfilss hergestellt, welcher porös ist somit gasdurchlässig, aber welcher aber auch in der Lage ist, extrem hohen Temperatur ren zu widerstehen. Ein Beispiel' eines geeigneten Materials wird von der Jones-Mansville Company unter dem Warengeichen Oyna-Plex vertrieben. Um die Herstellung zu erleichtern, wird die Hülse von einer Mehrzahl von zylindrischen - Hingen 44 gebildet, welche innerhalb d@s strahlenden Rohres 23 aufeinan- dergesetzt sind und im radialen Abstand von dem. Zu fuhrrohr* 29 liegen, um eine freie Strömung des Brennstoff gemisches -von den Auslässen 4o und 41 zn ermöglichen. Die Ringe werden von einem ringförmigen Abstandsstück 45 aus starrem keramischen Material auseinandergehalten», welches über das Rohr geschobenund zwischen den oberen Ring und die obere Deck=* platte 97 - eingesetzt ist. Eine Wendelfeder-46, die zwischen der oberen Platte und einer Mutter 4? vorgespannt ist., welche letzter® auf das obere Ende des Zufuhrrohres aufgeschraubt ist, drückt das Abstandsstück gegen die Ringe" aber gestattet diesen, sich beim Beheizen auszudehnen.- Um den radialen Abstand ,zwischen den Ringen und dem Rohr 59 einzuhalten zu helfen, ist in die Ringe und über das Rohr

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ein ötahlnetzzylinöer 49 von 2o mesh geschoben.

Nachdem das Gemisch von Gas und Luft-gleichförmig aus den Auslässen 4o und 41 und längs des Rohre» 29 geströmt ist, tritt es erst' durch das Netz 49 und dann durch das Material der Hülse ^S infolge der Kanäle, die von den Zwischenräumen in der porösen keramischen Fiber gebildet werden. Das Gemisch wird an der äußeren zylindrischen Oberfläche der keramischen Hülse entzündet und brennt mit im wesentlichen flammenloser Verbrennung, im Gegensatz zu. getrennten Flammen, so daß es die Hülse auf eine rötliche leuchtende Glut beheizt.. Die Verbrennung ist im wesentlichen flammenlos, da dem Gas eine optimale Menge von Luft vorher zugemischt ist und weil das Gemisch vorgeheizt ist, wenn es durch die heiße Hülse 36 hindurehtritt. Infolgedessen braucht das Gas nicht.zusätzlichen Sauerstoff zu suchen und die Verbrennung findet genau auf der anderen Ober« fläche der Hülse statt, ohne daß eine-hervorschießende Flamme erzeugt wird. Eine solche flammenlose Verbrennung beheizt die Hülse auf eine höhere Temperatur als eine Flamme, die im Abstand v.on der äußeren Oberfläche brennt und führt somit zu einem wirksameren Übergang von Wärmeenergie des Brennstoffs.

Die Temperatur der Hülse 36. steigt auf ihrem gesamten Umfang und über ihre gesamte Länge hinweg gleich= förmig an, was zur Abstrahlung von gleichmäßig verteilten Wärmestrahlen von der Hülse führt. Die Strah=

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lungsenergie beheizt das äußere Rohr 25 gleichmäßig über seine gesarate Länge_s so daß die Intensität der von dem Rohr in die Kammer 15 abgestrahlt ten Wärme extrem gleichförmig vom Boden bis zur Oberseite der Kammer ist.

Der Netzzylinder 4-9 hält nicht nur die Hülse 36 in radialem Abstand von dem Zufuhrrohr 29» sondern stellt auch sicher, daß das Brennstoffgemisch nicht in den Raum oder die Kammer 5© zwischen der Außenfläche des Rohres und d@r Innenfläche der Hülse zurückzündet. Das Netz wird von dem ankommenden Gemisch j welches von dem Rohr-in die Hülse tritt, gekühlt , und somit wird jede Flamme, die versucht umgekehrt- von der äußeren Oberfläche der Hülse nach der inneren Oberfläche durchzuschlagen, von dem gekühlten Netz abgeschnitten. Bei dieser Anordnung · verhindert das Hetz die Yerbrennung des Gemisches innerhalb der Kammer 5o»selbst wenn die Flamme nach. innen zurückzuschlagen sucht, weil die Geschwindigkeit des Gemisches geringer ist als seine Zündgeschwindigkeit.

Ub einen noch größeren Anteil der durch die Verbrennung des Brennstoffgemisches"erzeugten Wärmeenergie auf die He-izkammer 15"zu übertragen, ist die Hülse J6 in.radialem Abstand einwärts von dem äußeren strahlenden Rohr 25 angeordnet₉ wodurch ein Ringkanal 52 gebildet wird, durch welchen die Verbren=·

nuragsprodukte oder heißen Gase, die durch das Verbrennen des Gemisches erzeugt werden, nach oben längs der inneren Fläche des Rohres strömen können. Die nach oben strömenden heißen Gase erhöhen die Temperatur des Rohres weiter, bevor sie an den Auslässen 53 (Figur 2) austreten* die in der oberen Deckplatte 37 gebildet sind. Weil die Gase zwischen dem Rohr und der Hälse eingeschlossen sind,, können sie nicht in die Kammer 15 austreten und die Atmosphäre verschmutzen, die über die Werkstücke 16 umge« wälzt wird.

In Figur 4 ist ein abgewandelter Hülsenring 44 dargestellt,, bei Welchem der Ring aus starre® nicht po= rösen feuerfestem keramischem Werkstoff hergestellt ist und die Kanäle, durch welche das Brennstoffgemisch tritt, sind radial verlaufende und gegeneinander winkelversetzte öffnungen 55» die an einem Ende der Oberfläche des Ringes gebildet werden. Indem die Hülse aus aufeinander gesetzten Ringen gebildet wird und indem die öffnungen 55; als axial offene Nuten in den. Stirnflächen der Ringe gebildet: werden, wie dargestellt,, können die Öffnungen einfach in das Material eingepreßt werden, was die Notwendigkeit der Durchführung eines. Bohrvorganges ver= meidet.■ ■ .

Aus dem vorstehenden ist ersichtlich_s daß der Wärmestrahler nach der vorliegenden Erfindung zu einer extrem gleichförmigen Verteilung der Strahlungsenergie in der Ofenkammer I5 führt« Weiterhin kann durch Veränderung der Lage der Auslässe 4o und 41 in dein Zufuhrrohr 29 eine bevorzugte Wärmestrahlung auf bestimmten Längen des Rohres- 25 erzeugt werden, was für spezielle Anwendungen von Bedeutung sein könnte.

Claims

Schutssansprüehe

) Wärmestrahler, der durch Verbrennung beheizt ist, zur Verwendung; in einem Ofen,,

mit einem Bx^ennstoffgufuhrrohr, das einen Einlaß und Auslässe auf seiner Mantelfläche aufweist, durch welche ein gasförmiges Brennstoffgemisch austritt» und . ■

mit einem äußeren Rohr aus feuerfestem Werkstoffe welches von dem verbrennenden Brennstoffgemisch. beheizt wird und Wärme an seine Umgebung abstrahlt,

dadurch gekennzeichnet,

daß über das Brennstoffzufuhrrohr (29) eine Hülse . (36) aus feuerfestem keramischen Werkstoff g-eschoben ist,, welche auf ihrer gesamten Mantelfläche Kanäle zum Durchtritt des Brennstoffgemisches und zur Verbrennung desselben auf' dieser Mantelfläche aufweist,

wodurch die Hülse auf hohe Temperatur aufgeheizt wird und Wärme auf das äußere Rohr (25) abstrahlt.
2.) Wärmestrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet; j,
daß in der Mantelfläche des Brennstoffzufuhr·= rohres (29) ein erster und ein zweiter Satz von in axialem Abstand voneinander angeordneten Brennstoffauslassen (4o„ 41) vorgesehen sind und
5.) Wärmestrahler nach Anspruch 1, dadurch gekenn·» zeichnet„

daß die Hülse (36) aus porösem feuerfestem keramischen Werkstoff bestellt und die Kanäle von den Zwischenräumen in diesem Werkstoff gebildet werden«.

4.) Wärmestrahler nach Anspruch 2„ dadurch gekennzeichnet _$

daß; der poröse keramische Werkstoff eine flexib« Ie keramische Fiber ist.

5») Wärmestrahler nach Anspruch. 1_B dadurch gekennzeichnet,

P.A.616 586*28.16?

daß die Hülse (56) aus starrem, feuerfesten keramischen Werkstoff besteht und die Kanäle von getrennten, winkel versetzten öffnungen (55) £@~ bildet werdens die sich radial durch die Hülse (36) erstrecken.
6.) Wärmestrahler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Hülse von einer Mehrzahl von zylindrischen Ringen (44) gebildet wird₉ die in dem äußeren Rohr (25) aufeinandergesetzt 3ind_s und

daß die öffnungen von axial und radial offenen Nuten (55) an den Stirnflächen der Ringe (44) gebildet werden. ■ .

7») Wärmestrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 6_S : dadurch gekennzeichnet»

daß in die Hülse (36) und über das Brennstoff= zufuhrrohr (29) ein rohrförmiges Nets; (49) eingesetzt ist.

8«) Wärmestrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 7» der in der'Heizkammer .eines-Ofens'angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,

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daß: das äußere Rohr (25) die Hülse (36) vollständig gegenüber der Heizkammer (15) abschließt

äußeren Rohr (25) und der Hülse (36) getrennt von der Kammer nach außen geführt ist.

a) einen strahlenden Heiakörper mit einem IPexl aus £lexibler_s poröser feuerfester IJi^er, welches eine Kammer begrenzt.

b) ein Brennsto£fgu£uhrgXied₅yetessen Auslaß, mit der Kammer in'Verbindungf^steht und das gasförmigen Brennstoff in die Kammer leitet,

c) Kanälen durch ßmi TeIl₉ welch© von den Zwischenräuinen^der Fiber gebildet werden „ für den Durchtritt des Gemisches dureh das Teil und zur ¥erbrennung des Gemisches an der der Kapiier abgewandten Oberfläche des Teiles derart-, daß diese Oberfläche zu hell strahlender »ΪΊ.·ί *··»■¥■ «,»4