DE2158228C3

DE2158228C3 - Gasbeheizter Infrarot-Strahler

Info

Publication number: DE2158228C3
Application number: DE2158228A
Authority: DE
Inventors: Sergio Boerio; Piero Padovani
Original assignee: Siad - Macchine Impianti SpA Bergamo (italien)
Current assignee: Siad - Macchine Impianti SpA Bergamo (italien)
Priority date: 1970-11-26
Filing date: 1971-11-24
Publication date: 1979-02-01
Also published as: SE374598B; AU3612271A; DE2158228B2; DE2158228A1; AT322783B; NL7116172A; FR2117258A5; CH539242A; GB1367923A; US3790333A; CA939257A; BE775920A; AU459633B2

Description

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Die Erfindung betrifft eine Wärmestrahlungsheizung, insbesondere gasbeheizte Infrarot-Strahler zum Gebrauch in industriellen Trockenanlagen und für die Behandlung von verschiedenen Materialien. Der Strahler kann bei allen industriellen und wirtschaftlichen Einrichtungen benutzt werden. Der Infrarot-Strahler hat einen wannenförmigen Außenmantel mit einem Boden und einem weiteren Innenboden, der mit dem Boden eine Sammelkammer bildet, wobei der Innenboden und seine Seitenwände als mit einer isolierung ^h'"' versehener Reflektor ausgebildet sind, und Vorrichtungen zur Einführung eines brennbaren Gases in die Sammelkammer, durch den Reflektor und zur Zündung, vorhanden sind.

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/IGOO 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

Die Verwendung von Infrarot-Heizung bewirkt eine H?schleunigung des Wärmeprozesses und eine gleichmäßige Beheizung in wirtschaftlicher Weise. Die bekannten Feuerungsanlagen haben keine große Ausstrahlwirkung.

Obgleich die Brauchbarkeit des Abstrahlmaterials verbessert worden ist, genügen die Heizgeräte, Gasbrenner und ähnliche Anordnungen nicht den Anforderungen auf Abstrahlung im Infrarot-Spektrum. Die vorhandene Anordnung ergibt einen ziemlich niedrigen Nutzbereich mit Werten der Heizenergie von 13 bis 4 kcal/h/cm² der Heizoberfläche.

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.

Es ist auch ein Gasbrenner bekannt, in welchem die Brennstoffstrahlen beidseitig gerichtet sind, um in eingeschnittenen Nuten eines keramischen Körpers zu fließen. Ein Ablenkblech dient lediglich als Ablenkeinsatz für die brennbare Gasmischung und übt keine Ausstrahlungswirkung aus (GB-PS 6 58 803).

Nach einem weiteren bekannten Raumheizgerät wird eine Anordnung mit einem zweiten Reflektor vorgesehen, das einen nicht porösen Reflektor mit einer nach innen liegenden konkaven Oberfläche aufweist Dieses Gerät ist für Industrieanlagen picht geeignet Der Reflektor schirmt lediglich die Lichtstrahlen der Wärmequelle ab und wirft sie zurück.

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

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt dadurch, daß zu dem bekannten ersten Reflektor ein weiterer Reflektor mit kurvenförmigem Querschnitt in konkaver Anordnung zum ersten Reflektor angeordnet ist, und die seitlichen Wandteile des weiteren Reflektors im Abstand von den Wandteilen des ersten Reflektors so gelagert sind, daß sich mindestens zwei Öffnungen bilden, und daß die Spalte für den Zufluß des Brennstoff-Luft-Gemisches im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, so daß das Brenngas-Luft-Gemisch gegen den weiteren Reflektor gerichtet ist und gegen dessen konkave Oberfläche stößt und von dieser fortlaufend zurückgewirbelt wird, um auf den ersten Reflektor aufzutreffen und von den Zündmitteln beim Auf treffen auf den weiteren Reflektor gezündet wird.

Weiter ist vorgesehen, daß das Mittel zum Einleiten der Brenngasmischung in den Sammelraum einen Einlaß

für das Brennstoff-Luft-Gemisch aufweist, wobei der Infrarot-Strahler ein weiteres im Sammelraum angeordnetes Leitblech neben dem Einlaß aufweist Die Reflektoren können beweglich angeordnet werden und auf Säulen gelagert sein, die sich von den Wänden des Außenmantels nach innen erstrecken.

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 wii'd erreicht

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der Zeichnung im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Frontansicht eines Heizgerätes,

Fig.2 eine schematische Seitenansicht von einem Heizgerät,

F i g. 3 eine Draufsicht auf ein Heizgerät,

F i g. 4 einen Schnitt durch das äußere Gehäuse nach der Linie 4-4 in F ig. I₁

F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 der F i g. 1, und

Fig.6 einen Schnitt entsprechend dem Schnitt der F i g. 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 10 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 10 angeschweißt und beide Gehäuse bilden einen Speicherraum 14 zwischen den Bodenflächen. Die Form der Gehäuse 10 und 12 ist so ausgebildet du3 die Förderung einer Brennstoffgasmischung in längsverlaufendem Fluß in die Speicherkammer 14 aufrechterhalten 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 Brenriätoffgasinischung enthält eine bekannte Mischung von Luft und Gas, welche eine Anzahl von Heizgeräten A über eine Leitung 20 versorgt Disse Leitung ist verbunden mit jedem Heizgerät A über Mittel der Säule B, die aua einer Aluminiumhülse 30 besteht, und in welcher die Brenngasmischung zur Innenseite des Heizgerätes durch zentrale runde öffnungen 32 (F i g. 4) im Boden des Außengehäuses 10 geleitet wird. Eine hydraulische Dichtung 34 zwischen der Leitung 20 und der Hülse 30 und eine hydraulische Dichtung 36 zwischen dem Boden des Gehäuses 10 und der Hülse 30 bewirken eine vollkommene Abdichtung.

Ein erster Reflektor 40 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 10 angeschweißt Der Reflektor 40 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 bekanntem Keramik-Fiber 58, 60 angeordnet, welche eine extrem niedrige Wärmeübertragung aufweisen. Die Isolationsschicht 58 weist zwei öffnungen auf, wobei die Säulen 44 sich in 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 10 ist ein im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildeter Reflektor 70

ίο angeordnet der zum Reflektor 40 konkav lagert und über Stifte 72, die am Gehäuse 10,12 angeschweißt sind, befestigt ist Die Stifte 72 erstrecken sich zum Brenner hin. Der Reflektor 70 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 beste-· 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 1100⁰C 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

J5 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 d'irch Einstellen des Heizgerätes, mit Rücksicht auf die erzeugte Wellenlänge, zu den Wärnieerfordernissen 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 Speicherraum angeordnet ist.

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 40 zurückstrahlt. Das Produkt der Verbrennung passiert die öffnungen 82 zwischen dem Reflektor 70 und den Seitenwänden des Reflektors 40 und gelangt gegen das Material, welches behandelt wird. Durch die hohe Isolationswirkung der Isolationsschichten 58, 60 und die Kühleigenschaften des Brenngasgemisches, das durch die Speicherk .mmer 14 und den Spalt 18 strömt

w) hat das Brenrgasgemisch an der Innenseite der Leitung 20 eine im wesentlichen unter der gewünschten Temperatur für die Selbstentzündung liegerde Temperatur, wodurch ein Falmmenrückschlag verhindert wird. Das Heizgerät ist vollständig mit einer die Ausstrahlt lung der Heizenergie cswirkonden 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 800⁰C und mit einer Brenngasmischung, die einen Luftüberschuß von 120% aufweist, das absolute ^r. Wärmepotential vom Heizgerät aufgenommen wird mit einem Betrag von annähernd 5000 kcal/h. In diesem Beispiel erreicht die Heizkraft annähernd 20,8 kcal/ h/cm² 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 mm.

Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung beinhaltet das Heizgerät Mittel für eine automatische i^r> Entzündung des 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 2^ 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 2^ri Heizkörper arbeitet wie zur Ionisierung der Flamme.

In Bezug zu F i g. 1,2 und 6 ist gezeigt, daß der Körper der Elektrode 90 (isoliert und verbunden mit einem Hochspannungskabel) gestützt wird von einci Stütze 92, die passend befestigt ist zur Bodenseite der Leitungen 20, wobei die Elektroden kontinuierlich von der Gasmischung gekühlt werden. Die Elektrode 90 besteh aus einer Hülse 94, welche zwischen dem Boden de! inneren Gehäuses 12 und dem Leitblech 80 lagert und ir den Kern des Heizgerätes durch den Spalt t8 eindringt In dieser Lage bedeckt die Elektrode die Isolation 94 nicht. Diese Anordnung erlaubt die Bildung eine! voltaischen Lichtbogens zwischen dem Reflektor 40 unc der Elektrode, wenn eine Differenz des Potential· zwischen den beiden Metallen vorhanden ist. Ein« solche Potentialdifferenz könnten z. B. ein Wert vor 6000 Volt sein.

In der anderen Ausführung, bei der die Elektrode zurr Überwachen der Flamme gebraucht wird, ist das nichi isolierte Teil der Elektrode imstande, den lonisations strom wegzunehmen, wodurch angezeigt wird, daß dei Heizkörper funktioniert.

Es ist auch möglich, das System zu Hilfseinrichtunger zu verbinden, z. B. wenn es wünschenswert ist gleichzeitig oder einzeln ant. "»'.clisch zu zünder und/oder die Flamme in jedem Heizgerät in einen-System, das aus mehreren Heizgeräten besteht, zi überwacher,. Es ist auch möglich, abwechselnd die zwe Funktionen der Elektrode, Zünden und Überwachen, ir benachbarten oder in unregelmäßig plazierten Heizgeräten durchzuführen.

Es ist weiter möglich, jedes Heizgerät mit zwe Gemischeinlässen 100. wie in F i g. 1 und 2 dargestellt ist 713 -»ersehen, um den BrenngasgemischeinlaWruck zi steuern und um Gemischproben für gewünschte chemische Analysen zu nehmen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gasbeheizter Infrarotstrahler für Industrieanlagen, bestehend aus einem wannenförmigen Außenmantel mit einem Boden und einem weiteren Innenboden, der mit dem Boden eine Sammelkammer bildet, wobei der Innenboden und seine Seitenwände als mit einer Isolierung versehener Reflektor ausgebildet sind, und Vorrichtungen zur Einführung eines brennbaren Gases in die Sammelkammer, durch den Reflektor und zur Zündung, vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Reflektor (70) mit kurvenförmigem Querschnitt in konkaver Anordnung zum ersten Reflektor (40) angeordnet ist, und die seitlichen '5 Wandteile des weiteren Reflektors (70) im Abstand von den Wandteilen des ersten Reflektors (40) so gelagert sind, daß sich mindestens zwei Öffnungen (82) bilden, und daß die Spalte (18) für den Zufluß des Brennstoff-Liilt-Gemisches im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, so daß das Brenngas-Luft-Gemisch gegen den weiteren Reflektor (70) gerichtet ist, und gegen dessen konkave Oberfläche stößt und von dieser fortlaufend zurückgewirbelt wird, um auf den ersten Reflektor (40) auizutreffen und von den Zündmitteln beim Auftreffen auf den weiteren Reflektor (70) gezündet wird.

2. Strahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Einleiten der Brenngasmischung in den Sammelraum (14) einen *> Einlaß (32) für das Brennstoff-Luft-Gemisch aufweist, wobei der Infrarotstrahler ein weiteres im Sammelraum\14) angeordnetes Leitblech (80) neben dem Einlaß aufweist

3. Strahler nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ^J5 zeichnet, daß eine Elektrode (90) vorgesehen ist, die sich durch den Infrarotstrahler mindestens im Bereich der Heizgasdurchflußöffnungen erstreckt

4. Strahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (40) und der weitere Reflektor (70) am Infrarotstrahler beweglich angeordnet sind.

5. Strahler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (40) und der weitere Reflektor (70) auf Säulen (42, 44, 72) gelagert sind, « die sich von den Wänden des Außenmantels (10) nach innen erstrecken.

6. Strahler nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (40) und der weitere Reflektor (70) aus einer Nickel-Chrom-Legierung ^M bestehen.