DE2158228A1

DE2158228A1 - Gasbeheiztes Infrarot-Heizgerät

Info

Publication number: DE2158228A1
Application number: DE19712158228
Authority: DE
Inventors: Piero; Boerio Sergio; San Donato Milanese Padovani (Italien)
Original assignee: R.A.I.-Ricerche ed Applicazioni Industriali S.p.A., San Donato Milanese (Italien)
Priority date: 1970-11-26
Filing date: 1971-11-24
Publication date: 1972-05-31
Also published as: FR2117258A5; DE2158228B2; SE374598B; AU459633B2; GB1367923A; NL7116172A; DE2158228C3; BE775920A; US3790333A; AU3612271A; CA939257A; CH539242A; AT322783B

Description

GEORG HANSMANN VDI

BANKKONTEN: HAMBURGER VOLKSBANK, KTO.-NR. 199 840 · VEREtNSBANK HAMBURG, KTO.-NR. Π/14230 POSTSCHECKi HAMBURG 176(55

2 HAMBURG-ALTONA, den

JULIUS-LEBER-STR. 21 - RUF 38 24 57

P. 5579

Anmelderin: Firma R.A.I. - RICERCHE ED APPLICAZIONI

INDUSTRIALI S.p.A., San Donato Milanese/Italien, P. Ie Supercortemaggiore

Gasbeheiztes Infrarot-Heizgerät.

Die Erfindung betrifft eine Wärmestrahlungsheizung, insbesondere gasbeheizte Infrarot-Heizkörper zum Gebrauch in industriellen Trockenanlagen und für die Behandlung von verschiedenen Materialien. Der Heizkörper kann bei allen industriellen und wirtschaftlichen Einrichtungen benutzt werden. ^

Für Trockenanlagen und die Behandlung von Materialien ist es bekannt, als Wärmeenergie abstrahlende Heizwärme unter 1000° C zu verwenden. Es ist auch bekannt, dass die Heizwärme eine Wellenlänge besitzt, die mit Wellenlängen von 2/1000 bis 6/1000 mm als ideal bezeichnet wird. Die elektromagnetische Abstrahlung schliesst den Kurz-, Mittel- und Langwellen-Infrarot-Bereich ein und durchdringt die zu behandelnden Materialien leichter als andere Heizungen und ist wirkungsvoller als die Konvektions-Heizarten, deren Durchdringungskapazität mit der Behandlung von Oberflächen begrenzt ist.

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Die Verwendung von Infrarot-Heizung bewirkt eine Beschleunigung des Wärmeprozesses und eine gleichmässige Beheizung in wirtschaftlicher Weise. Die bekannten Feuerungsanlagen haben keine grosse Ausstrahlwirkung· Ihre Schirme und Reflektoren aus Metall oder einem besonderen Abstrahl-Material sind zur Abstrahlung von Heizwärme in der gewünschten Wellenlänge fähig, wenn gründlich geheizt wird. Etwa 92 % der Heizenergie wird durch einen Metallkörper auf die passende Temperatur gebracht und fällt in den gewünschten Wellenlängen-Bereich«

Obgleich die Brauchbarkeit des Abstrahlmaterials verbessert worden ist, genügen die Heizgeräte, Gasbrenner und ähnlichen Anordnungen nicht den Anforderungen auf Abstrahlung im Infrarot-Spektrum. Die vorhandene Anordnung ergibt einen ziemlich niedrigen Nutzbereich mit Werten der Heizenergie von 1,3 bis 4 kcal/h/cm der Heizoberfläche. Weiter haben nahezu alle bekannten Gasbrenner-Reflektoren ein metallisches Netzwerk oder poröse Materialien, die sich nach kurzer Lebensdauer verbiegen oder deren Wirkung infolge von Verunreinigungen in den Poren sich verschlechtert, wodurch die Temperatur an der Oberfläche wächst.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Gasbrenner ist die Selbstzündung, wenn die Temperatur des Brenngases zu hoch wird. Weiter ist keine gleichmässige Heizwirkung vorhanden, da ungleichmässige Temperaturen in der Heizoberfläche auftreten.

Durch die Erfindung sollen die Nachteile der bekannten Heizvorrichtungen beseitigt und eine Infrarot-Heizung geschaffen werden, die in den meisten Teilen des Infrarot-Spektrums Abstrahlungen mit einer Wellenlänge von 2/1000 bis 6/1000 mm aufweist und bei einer relativ niedrigen Temperatur arbeitet und eine hohe Wärmeenergie-Nutzung in einfachster Weise ermöglicht.

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Nach der Erfindung ist ein Infrarot-Heizgerät vorgesehen, das aus einem äusseren, wannenartigen Gehäuse mit einem Boden und daran anschliessenden Seitenwänden mit oberer Öffnung und einem inneren Gehäuse mit Boden und Seitenwänden, das mit dem äusseren Gehäuse eine Speicherkammer bildet, besteht, und dass es einen ersten blasenfreien, blanken Reflektor, der sich von dem inneren Gehäuse, diesem angepasst, ausdehnt, «i* Mittel zum Isolieren des Reflektors von der inneren Gehäusewand aufweist, und ein zweiter blasenfreier Reflektor mit einer kurvenförmigen Querschnittsfläche vorhanden ist, die oben in dem offenen Gehäuse in einer konkaven Lage, bezogen auf den ersten Reflektor, angeordnet ist, wobei die Seitenwände des zweiten Reflektors von den Wandteilen mindestens zwei Brennstoff-Bereiche bilden, wobei Mittel zum Einleiten eines Brennstoff-Gasgemisches in die Speicherkammer und Mittel zum fortlaufenden Durchfluss von Brennstoff von der Speicherkammer gegen den konkaven Teil des zweiten Reflektors zur Zündung und zum Zurückleiten gegen den ersten Reflektor vorgesehen sind.

Nach der Erfindung sind der erste und der zweite Reflektor in dem äusseren Gehäuse montiert, um eine freie Ausdehnung während der Heizwirkung zu erlauben.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass das äussere Gehäuse, der Boden, der erste Reflektor und der zweite Reflektor verlängert sind und die Brennstofföffnungen und Heizbereiche im allgemeinen in Längsrichtung verlaufen. Weiter ist eine Elektrode in der Speicherkammer zur elektrischen Zündung und/oder in Gegenwart einer Kontrollflamme vorgesehen. Das wesentliche Merkmal der Erfindung ist ein neues und verbessertes gasbeheiztes Infrarot-Heizgerät, welches eine hohe Heizenergie entwickelt, wobei die Wärmeenergie der Abstrahlfläche ungefähr den 5-fachen Betrag der gegenwärtigen gasbeheizten Heizgeräte ausmacht.

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Zur Erhöhung der Lebensdauer des Heizgerätes nach der Erfindung sind nichtporöse Reflektorelemente vorgesehen, und es wird mit einer relativ niedrigen Temperatur geheizt. Eine Selbstzündung wird verhindert. Eine gleichmässige Heizwirkung auf der Heizoberfläche wird erreicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der Zeichnung im folgenden näher beschriebene
Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Frontansicht eines Heizgerätes,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht von einem Heizgerät,

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Heizgerät,

Fig. 4 einen Schnitt durch das äussere Gehäuse nach der Linie 4-4 in Fig. 1,

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 1, und

Fig. 6 einen Schnitt entsprechend dem Schnitt der Fig. 4 mit einer weiteren Ausführung der Erfindung mit einer Start- und/oder Überwachungselektrode.

In den Zeichnungen ist zu erkennen, dass das Infrarot-Heizgerät A an einer Säule oder einem Fuss B befestigt ist. Das Heizgerät A besteht aus einem gezogenen und geschweissten Aussengehäuse 1o aus nichtrostendem Stahl und hat die Form eines nach oben geöffneten Quaders.

Im Gehäuse 10 ist ein zweites Gehäuse 12 angeordnet, welches ebenfalls aus nichtrostendem Stahl besteht, und nach oben offen ist, und auch die Form eines Quaders aufweist. Das innere Gehäuse 12 ist am äusseren Gehäuse 1o angeschweisst, und beide Gehäuse bilden einen Speicherraum 14 zwischen den Bodenflächen. Die Fora der Gehäuse 10 und 12 ist so ausgebildet, dass die Förderung einer Brennstoffgasmischung in längsverlaufendem Fluss in die Speicherkammer 14 aufrecht-

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erhalten wird. Das innere Gehäuse 12 weist ein paar längs nach oben verlaufende Ränder oder Lippen 16 auf, welche einen Spalt 18 zwischen sich bilden.

Die Brennstoffgasmischung enthält eine bekannte Mischung von Luft und Gas, welche eine Anzahl von Heizgeräten A über eine Leitung 2o versorgt. Diese Leitung ist verbunden mit jedem Heizgerät A über Mittel der Säule B, die aus einer Aluminiumhülse 3o besteht, und in welcher die Brenngasmischung zur Innenseite des Heizgerätes durch zentrale runde Öffnungen 32 (Fig. 4) im Boden des Aussengehäuses 1o geleitet wird. Eine hydraulische Dichtung 34 zwischen der Leitung 2o und der Hülse 3o und eine hydraulische Dichtung 36 zwischen dem Boden des Gehäuses 1o und der Hülse 3o bewirken eine vollkommene Abdichtung.

Ein erster Reflektor 4o ist innenseitig des ersten Gehäuses 12 angeordnet und wird über vier Säulen 42 abgestützt, die sich der Länge nach über das Heizgerät erstrecken und über zwei Säulen 44, die sich quer über das Heizgerät erstrecken.

Die Säulen 42 und 44 sind am Aussengehäuse 1o angeschweisst. Der Reflektor 4o besteht in der Länge aus zwei gleichen Sektionen 46, 48, die über einen Mittelspalt 18 getrennt sind. Zwischen dem Reflektor 40 und dem inneren Gehäuse 12 sind zwei Schichten von bekannte» Keramik-Fiber 58, 60 angeordnet, welche eine extrem niedrige Wärmeübertragung aufweisen. Die Isolationsschicht 58 weist zwei öffnungen auf, wobei die Säulen 44 sichtin die Brennkammer erstrecken. Die Säulen 42, 44 sind nicht starr am Reflektor 40 befestigt. Sie erlauben dem Reflektor 40, sich frei in Jede Richtung während des Betriebs des Heizgerätes auszudehnen.

Am offenen Kopf des Gehäuses 1o ist ein im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildeter Reflektor 70 angeordnet, der zum Reflektor 40 konkav lagert und über Stifte 72, die am Gehäuse 1o, 12 angeschweisst sind, befestigt ist. Die

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Stifte 72 erstrecken sich zum Brenner hin. Der Reflektor weist Löcher von geringfügig grösserem Durchmesser als die Stifte 72 auf, damit die Stifte in den Löchern gleiten können, um dem Reflektor 70 ein Entlanggleiten auf den Stiften infolge der Wärmeausdehnung zu ermöglichen.

Die Reflektoren 40, 70 sind vorzugsweise aus einer Nickel-Chrom- Verbindung hergestellt. Es hat sich gezeigt, dass diese Verbindung die besten Eigenschaften für eine Wärmeausstrahlungsleistung besitzt, und sie ist widerstandsfähig gegen wärmechemische Einflüsse, welche auf die abstrahlende Oberfläche von gasbeheizten Heizgeräten einwirkt. Diese Verbindung hat auch einen hohen Widerstand gegen Korrosion, welche von den . .. hohen Temperaturen herrührt, obgleich die Temperaturen im Infrarotbereich 1100° C nicht überschreiten.

Das Heizgerät nach der Erfindung kann mit einer brennbaren Mischung von Brennstoff und Luft betrieben werden, in welcher das Luftvolumen einen höheren oder tieferen Wert haben kann. Das Heizgerät kann mit jeder Art von Brennstoff betrieben werden, welcher vorher mit Luft gemischt wird, und die Mischung kann entweder mit einem Venturi-Rohr oder mit einem Kompressor-Mischer erfolgen. Bei Gebrauch eines angepassten Mischers mit ausreichender Dimension ist es möglich, eine mehr als zehnfache Heizwirkung durch Einstellen des Heizgerätes, mit Rücksicht auf die erzeugte Wellenlänge, zu den Wärmeerfordernissen eines besonderen industriellen Verfahrens zu erhalten. Die Einstellung kann gleichbleibend oder angepasst sein, und es ist das Erlangen oxydierender oder reduzierter Atmosphäre von der Verbrennung möglich, wie es verlangt wird.

Die Brenngasmischung gelangt in den Speicherraum 14 durch die Hülse 30 von der Leitung 20 und wird im Speicherraum 14 mittels eines Leitbleches 80 verteilt (Fig. 4), welches im

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Speicherraun angeordnet 1st. Brenngas, welches Im Speicherraum zirkuliert, passiert einen Spalt 18 und strömt gegen den Reflektor 70» wo es sich entzündet und von wo es gegen den Schirm oder Reflektor 4o zurückstrahlt. Das Produkt der Verbrennung passiert die öffnungen 82 zwischen dem Reflektor 70 und den Seitenwänden des Reflektors Ao und gelangt gegen das Material, welches behandelt wird. Durch die hohe Isolationswirkung der Isolationsschichten 58, 60 und die Kühleigenschaften des Brenngasgemisches, das durch die Speicherkammer 14 und den Spalt 18 strömt, hat das Brenngasgemisch an der Innenseite der Leitung 2o eine im wesentlichen unter der gewünschten Temperatur für die Selbstentzündung liegende Temperatur, wodurch ein FlammenrUckschlag verhindert wird.

Das Heizgerät ist vollständig mit einer die Ausstrahlung der Heizenergie bewirkenden Auskleidung versehen. Diese Wärmeabstrahlungen werden vom halbkreisförmigen Reflektor 70 und von der flachen Oberfläche des Reflektors 40 bewirkt, welche im wesentlichen 100 % von der ausgekleideten Oberfläche (Fig. 3) bedecken. Es ist herausgefunden worden, dass mit einer Temperatur auf der Abstrahlungsoberfläche von nahezu 800° C und mit einer Brenngasmischung, die einen Luftüberschuss von 120 % aufweist, das absolute Wärmepotential vom Heizgerät aufgenommen wird mit einem Betrag von λ annähernd 5000 kcal/h. In diesem Beispiel erreicht die Heizkraft annähernd 20,8 kcal/h/cm von der wärmeabstrahlenden Oberfläche.

Die Nutzung der Abstrahlung beträgt 55 %, das sind 55 % von der Hitze der Verbrennung, die vom Heizgerät übertragen wird, als abstrahlende Wärmeenergie im Bereich zwischen 2/1000 und 6/1000

Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung beinhaltet das Heizgerät Mittel für eine automatische Entzündung des

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Brenngasgemisches durch einen elektrischen Lichtbogen, der zwischen einer Zündelektrode und Wänden des Heizgerätes erzeugt wird, wenn dazwischen ein Unterschied im Potential von etwa 6000 Volt vorhanden ist. Die Elektrode kann nicht nur zur Zündung verwendet werden, sondern sie kann auch zur überwachung der Flamme dienen, wenn sie mit einem entsprechenden elektronischen Schaltkreis verbunden ist, der nach Art einer Gleichrichtung eines Wechselstromes zwischen der Elektrode und dem Heizkörper arbeitet wie zur Ionisierung der Flamme.

In Bezug zu Fig. 1, 2 und 6 ist gezeigt, dass der Körper der Elektrode 90 (isoliert und verbunden mit einem Hochspannungskabel) gestützt wird von einer Stütze 92, die passend befestigt ist zur Bodenseite der Leitungen 2o, wobei die Elektroden kontinuierlich von der Gasmischung gekühlt werden. Die Elektrode 90 besteht aus einer Hülse 94, welche zwischen dem Boden des inneren Gehäuses 12 und dem Leitblech 80 lagert und in den Kern des Heizgerätes durch den Spalt 18 eindringt. In dieser Lage bedeckt die Elektrode die Isolation 94 nicht. Diese Anordnung erlaubt die Bildung eines voltaischen Lichtbogens zwischen dem Reflektor 40 und der Elektrode, wenn eine Differenz des Potentials zwischen den beiden Metallen vorhanden ist. Eine solche Potentialdifferenz könnte z.B. ein Wert von 6000 Volt sein.

In der anderen Ausführung, bei der die Elektrode zum Überwachen der Flamme gebraucht wird, ist das nicht isolierte Teil der Elektrode imstande, den Ionisationsstrom wegzunehmen, wodurch angezeigt wird, dass der Heizkörper funktioniert.

Es ist auch möglich, das System zu Hilfseinrichtungen zu verbinden, z.B. wenn es wünschenswert ist, gleichzeitig oder einzeln automatisch zu zünden und/oder die Flamme in

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jedem Heizgerät in einem System, das aus mehreren Heizgeräten besteht, zu überwachen. Es ist auch möglich, abwechselnd die zwei Funktionen der Elektrode, Zünden und Überwachen, in benachbarten oder in unregelmässig plazierten Heizgeräten durchzuführen.

Es ist weiter möglich, jedes Heizgerät mit zwei Gemischeinlässen 100, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, zu versehen, um den Brenngasgemischeinlassdruck zu steuern und um Gemischproben für gewünschte chemische Analysen zu nehmen.

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Claims

Patentansprüche

Gasbeheiztes Infrarot-Heizgerät, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem äusseren, wannenartigen Gehäuse (10) mit einem Boden und daran anschliessenden Seitenwänden mit oberer öffnung und einem inneren Gehäuse (12) mit Boden und Seitenwänden, das mit dem äusseren Gehäuse (10) eine Speicherkammer (14) bildet, besteht, und dass es einen ersten blasenfreien, blanken Reflektor (4o), der sich von dem inneren Gehäuse (12), diesem angepasst, ausdehnt,·** Mittel (58, 6o) zum Isolieren des Reflektors (4o) von der inneren Gehäusewand aufweist, und ein zweiter blasenfreier Reflektor (70) mit einer ki—"enförmigen Querschnittsfläche vorhanden ist, die oben in dem offenen Gehäuse in einer konkaven Lage, bezogen auf den ersten Reflektor (40), angeordnet ist, wobei die Seitenwände des zweiten Reflektors (70) von den Wandteilen mindestens zwei Brennstoff-Bereiche bilden, wobei Mittel zum Einleiten eines Brennstoff-Gasgemisches in die Speicherkammer (14) und Mittel zum fortlaufenden Durchfluss von Brennstoff von der Speicherkammer (14) gegen den konkaven Teil des zweiten Reflektors (7o) zur Zündung und zum Zurückleiten gegen den ersten Reflektor (4o) vorgesehen sind.
2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

es Mittel zum Zünden von Brenngas und zum An/stoss mit dem zweiten Reflektor (70) aufweist.
3. Heizgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass seine Flussrichtungsmittel aus Durchflussöffnungen für den Brennstoff in der inneren Wand des ersten Reflektors (4o) bestehen und die öffnungen derart ausgerichtet sind, dass der Brennstoff direkt zum zweiten Reflektor (7o) fliesst.

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4. Heizgerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sein äusseres Gehäuse, der Boden, der erste Reflektor (4o) und der zweite Reflektor (7o) verlängert sind und die Brennstoff Öffnungen und Heizbereiche im allgemeinen in Längsrichtung des Heizgerätes verlaufen.
5. Heizgerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Brennstoff-Einlass (100) und ein Leitblech (80) nahe dem Einlass zur Verteilung des Brennstoff-Gemisches in der Kammer angeordnet sind.
6. Heizgerät nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode zur Bildung eines elektrischen Lichtbogens zwischen ihr und dem Heizgerät im Brennstofffluss angeordnet ist, wobei eine elektrische Zündung und/oder
eine Kontrollflaaae vorhanden ist.
7. Heizgerät nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Reflektor zur veränderlichen Wärmeausdehnungseinstellung beweglich angeordnet sind.
8. Heizgerät nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Reflektor an Säulen angebracht sind, die sich an der Innenseite des äusseren Gehäuses
erstrecken.
9. Heizgerät nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Reflektor aus einer Nickel-Chrom-Verbindung bestehen.
10. Heizgerät nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster nichtporöser, flacher Reflektor, ein
zweiter nichtporöser, gekrümmter, im Abstand von dem
ersten Reflektor in konkaver Beziehung dazu angeordneter Reflektor und Mittel zur mehrfachen Leitung eines Brenngas-Gemisches gegen den konkaven Teil des zweiten Reflektors vorgesehen sind.

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11. Heizgerät nach Anspruch 1 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Reflektor zentrisch zum ersten Reflektor angeordnet ist und eine Brennstoffdurchflussöffnung in dem ersten Reflektor in der Achse des zweiten Reflektors angeordnet ist.
12.Heizgerät nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Reflektor während der Heizphase eine Wärmeausdehnung zulassen.
13. Heizgerät nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speicherkammer an der Seite des ersten Reflektors isoliert angeordnet ist, die dem ersten Reflektor abgekehrt ist und Einlassmittel für die Brennstoffmischung aus einer Vorratsstelle und Mittel zur fortlaufenden Versorgung der Brennstoff-Zufuhröffnung aufweist.

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