DE2714835A1

DE2714835A1 - Gasbefeuerte strahlungsheizvorrichtungen

Info

Publication number: DE2714835A1
Application number: DE19772714835
Authority: DE
Inventors: Thomas M Smith
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-04-07
Filing date: 1977-04-02
Publication date: 1977-10-20
Also published as: DE2714835C2; CA1088412A

Description

Gasbefeuerte Strahlungsheizvorrichtungen
Vorliegende Erfindung betrifft die in den Ansprüchen wiedergegebenen Gegenstände.
Strahlungsheizvorrichtungen sind in den US-PSn 3 785 763; 3 248 099 und 3 824 064 beschrieben; sie sind zwar sehr wirksam und zur Erzeugung von außerordentlich großen Mengen an konzentrierter Infrarotenergie sehr erwünscht, jedoch weisen sie verschiedene Nachteile auf, die weiter unten erörtert werden.
Die vorliegender Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist die Bereitstellung von neuen Strahlungsheizvorrichtungen und Betriebsverfahren für dieselben, bei denen derartige Nachteile möglichst weitgehend vermieden werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen, welche beispielhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellen, näher erläutert.
Figur 1 ist eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen I.R.-Heizvorrichtung; Figur 2 ist eine vergrößerte Teilansicht eines Schnittes entlang der Linie 2-2 durch die Vorrichtung gemäß Figur 1; Figur 3 ist eine Draufsicht auf eine Komponente, welche bei der Herstellung der Vorrichtung gem Figuren 1 und 2 verwendet werden kann; Figur 4 ist eine vergrößerte Teilansicht hlich derjenigen gemäß Figur 1, welche einige strukturelle Merkmale zeigt, welche für erfindungsgemäße I.R.-Heizvorrichtungen geeignet sind; Figur 5 ist eine Ansicht ähnlich derjenigen der Figur 2; sie zeigt ein wünschenswertes Konstruktionsmerkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und Figur 6 ist eine teilweise schematische vertikale Schnittansicht einer Heizanordnung gemäß der Erfindung.
Gemäß vorliegender Erfindung wird eine gasbefeuerte Strahlungsheizvorrichtung mit einer gestützten porösen Platte aus feuerfestem Material, durch welche ein gasförmiges Verbrennungsgemisch durchgeleitet wird und auf deren Vorderseite das Gemisch, wenn es aus der Platte austritt, verbrannt wird, mit verbesserten Ergebnissen betrieben, indem man einen schmalen Strom von verhältnismäßig kaltem, nichtbrennbarem Gas durch die Platte unmittelbar neben der Plattenstütze hindurchleitet, wenn die zuvor erwähnte Verbrennung stattfindet.
Die Verbrennung des gasförmigen Verbrennungsgases nimmt die Form einer Flamme an, welche sich über die ganze Fläche der plattenseite, aus der das Verbrennungsgemiscn austritt, erstreckt, wobei die Flammenlänge so gering ist, daß die Oberflächenfasern bei der Flamme bis auf Rotglut oder noch höher erwärmt werden und eine im wesentlichen kontinuierliche Hitzewand bilden, welche einen sehr wirksamen Wärmestrahler darstellt. Durch Erhöhen oder Erniedrigen der Strömungsgeschwindigkeit und/oder Zusammensetzuiig des Verbrennungsgemisches kann die Temperatur der erwärmten Faser reguliert werden.
Dieser gemäß der Erfindung vorgesehene nichtbrennbare Gasstrom wirkt als eine Schranke, welche das Verbrennungsgemisch durch die feuerfeste Platte lenkt und er setzt den Verlust an brennbaren Gasen an den Rahmenelementen, welche die Platte halten, auf ein Minimum herab. Indem er eine Schranke für das Verbrennungsgas bildet, vermindert der nichtbrennbare Gasstrom die Bedeutung der in den Patenten 3 785 763 und 3 824 064 gezeigten Dichtung wesentlich, wodurch die zur Montage des Brenners erforderliche Zeit und die Toleranzen der Bauteile erheblich vermindert werden. Der nichtbrennbare Gasstrom setzt auch die Berührung der heißen gasförmigen Produkte, welche von der Verbrennung an der Plattenoberfläche herrühren, mit den Rahmenelementen wesentlich herab, so daß diese viel kühler gehalten werden und ein Verziehen in der Wärme vermindert wird.
Der schmale Strom von verhältnismäßig kaltem Gas wird zweckmäßigerweise bereitgestellt, indem man die poröse Platte auf dem vorspringenden Hand haltert, der von der Kammer für das Verbrennungsgemisch für die poröse Platte getragen wird; ein Schlitz erstreckt sich entlang des vorspringenden Randes und ist mit einer Zufuhr für das nichtbrennbare Gas verbunden.
Ein anderes Merkmal vorliegender Erfindung ist die Konstruktion einer gasbefeuerten Strahlungsheizvorrichtung mit einer Rückplatte, einem röhrenförmigen Rahmenelement mit Rohrschüssen (length$,die sich um den Rand der Druckplatte erstrecken und mit diesem dicht verbunden sind, um eine Kammer für das Verbrennungsgemisch zwischen den gegenüber liegenden Rohrschüssen des Rahmenelementes und auf einer Seite der Rückplatte zu umgrenzen, wobei die Rahmenelemente Vorrichtungen zur Aufnahme einer Gaszufuhr in ihr röhrenförrages Inneres sowie eine Fläche zur Aufnahme einer porösen feuerfesten Platte zur Abdeckung der Kammer aufweisen.
Um auf die Zeichnungen zurückzukommen: die Strahlungsheizvorrichtung gemäß Figuren 1 und 2 umfasst die übliche poröse feuerfeste Platte 10, die an ihren Kanten durch die oberen Rahmenelemente 21, 22, 23 und 24 gegen einen unteren Rahmen 30 gehalten wird. Der Rahmen 30 umfaßt 4 Rohrschüsse von röhrenförmigen Stützen, von denen zwei in Fig. 2 bei 31 und 32 dargestellt sind, welche durch Verschweißen, Verlöten, Verkleben, wie z.B. mit einem Epoxyharz, oder durch eine sonstige gasdichte Verbindung mit den Rändern einer rechteckigen Druckplatte 40 fest verbunden sind (vgl.
42). Die Rückplatte 40 und die 4 röhrenförmigen Stützen umschreiben somit eine Kammer für die Verbrennungsgemischbeschickung für die Platte 10. Eine Rohrverbindung kann in eine Öffnung in der Rückenplatte auf übliche Art zur Aufnahme einer Zufuhrleitung für das Verbrennungsgemisch eingeschweißt werden, und ein Leitblech, von dem ein Teil bei 44 dargestellt ist, kann angebracht werden, um ein Gleichmäßigmachen des Stromes des Verbrennungsgemisches nach allen Teilen der Platte 10 hin zu unterstützen.
Ein oder mehrere Rohrschüsse des röhrenförmigen Stützrahmens können auch ein Anschlußstück 53 aufweisen, welches in eine öffnung für die Luftzufuhr von einer Pumpe oder einem Lagerungsbehälter eingeschweißt ist. Auch ist ein Schlitz 55 entlang der oberen Wand 57 des Stützrahmens zum Ablassen der Luft aus dem Inneren der röhrenförmigen Stütz-Pohrschüsse durch den wand de~ no-^sen feuerfesten glatte creseen.
Die einzelnen röhrenförmigen Stützen sind an den Ecken des Rahmens auf Gehrung gepaßt, wobei die Gehrfuge durch Verschweißen, Verlöten, Verkleben oder eine sonstige sichere Verbindung abgedichtet ist, um zu verhindern, daß das Verbrennungsgemisch aus der Kammer entweicht und daß es ungleichm8Rig mit der sich durch die röhrenförmigen Stützen bewebenden Luft verdünnt wird.
Die oberen Rahmenelemente 21, 22, 23 und 24 sind als winkel dargestellt, von denen einjeder einen oberen Flansch 61 aufweist, welcher über einem Rand der Außenfläche der Platte 10 liegt, sowie einen abhängigen Flansch 62, der an einen unteren Rahmenelement befestigt ist, beispielsweise mittels der Schrauben 64. Die Schrauben können in Gewinden aufgenommen werden, welche sich in den Außenwänden der röhrenförmigen Stützelemente befinden, und sie können durch öffnungen im Flansch 62 hindurchgehen. Derartige Öffnungen können in der Richtung senkrecht zur Wand 57 länglich ausgebildet sein, wenn der Abstand zwischen der Wand 57 und dem Flansch 61 einstellbar sein soll.
Die poröse Platte 10 ermöglicht, daß das gasförmige Verbrennungsgemisch frei hindurchtreten kann, so daß die Drucke in der Kammer lediglich etwa 5 bis 18 cm Wassersäule über der Umgebungsatmosphffre betragen müssen, um eine sehr wirksame gleichförmige Verbrennung über der ganzen Außenfläche der Platte 10 zu ergeben. Ein ähnlicher Luftdruck im Innern der röhrenförmigen Stütze verursacht, daß die Luftströme durch den Rand der porösen Platte 10 hindurchtreten und aus deren Außenseite austreten. Die poröse verfilzte Faserstruktur der Platte ermöglicht überraschenderweise keine Veränderung in der Breite des durch die Platte sich bewegenden Luftstroms, insbesondere wenn der Druck, welcher den Luftstrom aus der röhrenförmigen Stütze austreibt innerhalb eines Bereiches von etwa 2,5 bis 5 cm Wassersäule höher als der Druck ist, welcher das gasförmige Verbrennungsgemisch aus der Platte treibt Dies kann leicht festgestellt werden, wenn der Brenner in Betrieb ist, insofern als die Außenfläche der Platte über ihre ganze Fläche hinweg in Rotglut ist, mit der Ausnahme eines schmalen und scharf abgegrenzten Bandes um seinen Umfang herum und neben den äußeren Rahmenelementen.
Die Rahmenelemente werden infolgedessen viel kühler gehalten} als sie rhne einen derartigen Randluftstrom wären, insbesondere wenn die Brenner so betrieben werden, daß die Außenflächen ihrer Platten 10 in einer im allgemeinen vertikalen Ebene angeordnet sindFoder daß die Vorderseite nach unten gerichtet ist. In diesen Stellungen steigen die sehr heißen gasförmigen Produkte, welche von der Verbrennung an der Plattenoberfläche herrühren, nach oben und fließen über die Rahmenelemente der Brenner gemäß den Patenten 3 785 763 und 3 824 064, wobei diese auf hohe Temperaturen erwärmt werden, die in manchen Fällen 5400C erreichen. Der Randluftstrom gemäß der Erfindung wirkt andererseits als eine)eine Schranke darstellende Schicht gegenüber den heißen Verbrennungsprodukten, wodurch verhindert wird, daß die heißen Gase direkt die Rahmenelemente im wesentlichen Ausmaß erreichen. Die Randströme, welche Luft von Umgebungstemperatur entnommen wurden und duch eine Platte mit einer Dicke von 3,8 cm hindurchgehen, halten die Außenflächen von 0,16 cm dicken Rahmenelementen aus Stahl einige 1000C unterhalb den Temperaturen, welche entsprechende Rahmenelemente bei den Konstruktionen gemäß der zuvor genannten Patente erreichen.
en Die TemperOuS der erfindungsgemäßen Rahmen sind auch geringer, wenn die Heizvorrichtung zur Erwärmung von Gegenständen verwendet wird, welche keine starke Reflektion der Strahlungswärme des Brenners zurück zu diesen Rahmenelementen verursachen.
Ein weiterer mit vorliegender Erfindung erreichbarer Vorteil ist, daß die Berührung der heißen Verbrennungsgase mit den Rahmenelementen auf ein Minimum herabgesetzt wird, wodurch diese viel kühler gehalten werden, wobei die Strahlungsemission der Rahmenelemente selbst beträchtlich vermindert wird. Die Heizvorrichtungen gemäß der Erfindung können viel näher bei den mit ihnen zu bestrahlenden Objekten angeordnet werden als die bislang bekannten Heizvorrichtungen, und sie ermöglichen eine Herabsetzung von Schäden an dem zu bestrahlenden Gegenstand, auch im Falle einer Abschaltung aufgrund von Notsituationen. Die poröse feuerfeste Platte selbst kühlt sehr schnell ab, wenn der Brennstoffgasstrom in die Kammer abgestopptßund und der Luftstrom aufrecht erhalten wird; hingegen erfordern die Rahmenelemente der bislang bekannten Heizvorrichtungen eine viel lÇngere Zeit zur Abkühlung.
Infolgedessen werden bei der Verwendung derartiger Heizvorrichtungen zur Erwärmung einer sich bewegenden Gewebebahn aus wärmeempfindlichem Materi diese so angeordnet, daß sie viel mehr Wärme hervorbringen als das Gewebe tolerieren kann, wenn seine Bewegung einmal anhält. Bei den bislang bekannten Heizvorrichtungen kann die Abkühlungsgeschwindigkeit der Rahmenelemente ein kritischer Faktor werden, welcher entscheidend dafür ist, wie nahe eine bislang bekannte Heizvorrichtung an das Gewebe herangebracht werden kann, ohne daß das Gewebe, falls es plötzlich stehen bleibtsund die Heizvorrichtung nicht mechanisch von ihm entfernt werden kann, beschädigt wird. Die erfindungsgemäßen Heizvorrichtungen müssen nicht weggezogen werden und können infolgedessen auf eine weniger aufwendige Art installiert werden. Ihre größere Nähe zu den Gegenständen macht die Wärmeübertragung auf den Gegenstand wirksamer und ermöglicht die Verwendung von weniger Brennstoff, um die gewünschten Ergebnisse zu erhalten.
Überdies liegen bei manchen Behandlungen, wie z.B. bei der Verflüchtigung von Wasser aus einem zu bestrahlenden Gewebe, die am meisten wirksamen Wellenlängen zwischen etwa 3,2 bis etwa 3,6 Mikron, d.h. in einem Bereich, der am wirksamsten bei verhältnismäßig niederen Strahlungstemperaturen hervorgebracht wird. Indem man die erfindungsgemäßen Heizvorrichtungen näher an die mit ihnen zu bestrahlenden Gegenstände heranbringt, können die Strahlungstemperaturen vermindert werden, wodurch, ohne Herabsetzung der Behandlungswirksamkeit, eine wirksamere Verwendung der Brennstoffenergie und ein geringerer Brennstoffverbrauch ermöglicht wird.
Heizvorrichtungen, welche sehr nahe an die zu bestrahlenden Gegenstände herangebracht sind, können wünschenswerterweise so ausgebildet werden, daß sie sich über die Ränder des zu bestrahlenden Gegenstandes erstrecken, wodurch eine gleichmäßigere Behandlung erreicht wird. Will man gute Ergebnisse erzielen, so kann jede derartige Ausdehnung annähernlgleich dem Abstand von der Heizvorrichtung zum Gegenstand sein.
Die Plazierung des Schlitzes 55 unmittelbar gegenüber den Plattenrändern längsseits der Innenkanten der oberen Rahmenelemente 21, 22, 23 und 24 unterstützt das Leiten der Schutzströme zur gewünschten Sle Diese Leitwirkung ist ferner verbessert, indem die Kanten der Platte abgedichtet werden, so daß nicht viel nichtbrennbares Gas seitlich entweichen kann. Figur 2 veranschaulicht eine Kantenabdichtung gemäß dem Stand der Technik, wonach eine dünne Aluminiumfolie 70 mit einer Dicke von etwa 50 p um jede Plattenkante umgelegt wird, und die Unterseite der Folie gegen die Wand 57 durch eine schmale Linie an Dichtungsmittel 72, wie z.B. ein an Ort und Stelle vulkanisierter Siliconkautschuk, abgedichtet ist.
Wenn eine Kantenabdichtung der Platte erwünscht ist, kann gemäß vorliegender Erfindung das Dichtungsmittel 72 aus einem Material, wie z.B. gewöhnlichem Kautschuk oder Neopren bestehen, welches gegenüber hohen Temperaturen nicht beständig zu sein braucht. Während des normalen Betriebs der Brennerbauart gemäß vorliegender Erfindung neigt jedoch lediglich Luft aus dem Inneren der röhrenförmigen Stütze dazu, aus den Rändern der Platte auszutreten. Ein derartiges Austreten ist jedoch weder gefährlich noch übermäßig, selbst wenn die Dichtung 72 völlig weggelassen wird. Das Weglassen der Folie 70 kann einen Ubermäßigen Luftaustritt verursachen, wenn nicht der äußere Rahmen eine sehr enge Passung gegenüber dem Stützrahmen aufweist. Der Randluftstrom mit oder ohne Leckverlust an undichten Stellen verhindert, daß das Verbrennungsgemisch an den Ecken der Platte austritt.
Der Schlitz 55 erfüllt seine Aufgabe sehr wirksam, wenn er etwa 0,635 cm breit ist, obgleich er auch nur 0,158 oder sogar 1,27 cm Breite aufweisen kann, wobei immer noch gute Ergebnisse erhalten werden. Die Breite des Schutzgasstromess der aus der Stirnseite der porösen Platte austritt, ist in der Regel ein wenig breiter als die Schlitzbreite, und Veränderungen im Gasdruck variieren diese Verbreiterungswirkung.
Ein wünschenswerter Gasdruck in dem röhrenförmigen Rahmen ist annähernd gleich dem Druck in der Kammer für das Verbrennungsgemisch.
Die Kühlungswirkung und die Sperrwirkung für einen unerwünschen Austritt des Verbrennungsgemischs, welche durch den Randstrom gemäß der Erfindung erreicht werden, werden auch erhalten, wenn der Austrittsschlitz 55 weiter zur Außenfläche der Rahmen hin gelegen ist, so daß das durch den Schlitz austretende Gas ganz oder teilweise auf den Rahmenflansch 61 gerichtet ist. Der größte Teil des austretenden Gases bewegt sich dann entlang der Innenseite der Platte 10 und tritt genau am Innenrand dieses Rahmenflansches aus.
Wenn sie mit Schrauben 64 verschraubt sind, ist es nicht wesentlich, die röhrenförmigen Stützelemente gasdicht zu machen. Auch im Fall einer Anwendung von verhältnismäßig teuren Inertgasen anstelle von Luft ist der Austrittsverlust durch derartige Schraubverbindungen minimal im Vergleich zu dem Austritt durch den Schlitz 55. Jedoch kann die Verschraubung abgedichtet werden, beispielsweise durch Aufbringen eines Rohrgewindelacks oder dergleichen auf die zusammenpassenden Gewinde vor ihrer Verschraubung. Die Verbindung zwischen dem äußeren und dem inneren Rahmen kann aber auch auf die in den US-PSn 3 785 763 und 3 824 064 dargestellte Weise vorgenommen werden.
Anstelle der Herstellung des röhrenförmigen Rahmens 30 aus 4 getrennten Rohrschüssen kann der Rahmen auch aus einem einzigen Stück von geformten Blech hergestellt werden, wie in Figur 3 veranschaulicht. Ein länglicher Streifen aus Metallblech mit einer Dicke von etwa 0,5 bis 1,2 mm kann in die, in der Schnittdarstellung gemäß Figur 2 veranschaulichte Form gebogen werden, oder ein Standardmetallrohr mit rechteckigem Querschnitt kann zum Einschneiden des Schlitzes 55 durch eine Wand gefräst werden, und die erhaltene Form wird sodann mit den Gehrungsschnitten 81, 82, 83, 84 und 85 (vgl. Figur 3) versehen werden. Diese Schnitte lassen die Wand 88 intakt und die mit den Ausschnitten versehene Länge wird sodann unter Bildung eines röhrenförmigen Rahmens aus einem Stück gebogen, von dem eine Ecke in Figur 4 dargestellt ist. Die Innenkante jeder Ecke wird sodann verschweißt, verlötet, verklebt oder sonstwie verbunden, wie bei 89 dargestellt, um die ganze Höhe dieser Ecke abzudichten, wonach der röhrenförmige Rahmen für eine ähnliche Verbindung mit der Rückplatte 40 bereit ist.
Es ist nicht erforderlich, die Außenfläche 90 der Gehrungen abzudichten, insbesondere wenn die Gehrungen eine enge Passung aufweisen. Ein kleiner Extraleckverlust an diesen Stellen vom Innern des röhrenförmigen Rahmens stört nicht besonders; jedoch kann die Außenseite abgedichtet werden, insbesondere wenn ein seitlicher Austritt von Gas aus dem Rahmenrand auftritt.
Der röhrenförmige Rahmen braucht sich nicht in den Schlitz 55 nach innen zu erstrecken, obgleich er dazu verhilft, daß dieser Rahmen eine zusätzliche flache Stütze 73 für die poröse Platte 10 bereitstellt. Eine derartige Stütze kann auf die Dicke des Metalls vermindert werden, aus dem der röhrenförmige Rahmen besteht, wie z.B. durch eine geeignete Formgebung des Rohrs, aus dem sie ausgeschlitzt ist, oder durch Einfräsen des Schlitzes 55 längsseits der Innenwand des röhrenförmigen Rahmens.
Figur 5 zeigt eine andere Bauart des röhrenförmigen Rahmens gemäß der Erfindung, welche einfach herzustellen ist. Hier nimmt eine flache Stütze 173 den Platz der Stütze 73 ein und erstreckt sich zum Mittelpunkt der Kammer hin.
Es ist auch hilfreich, den Außenrand der Platte 10>z. B.
durch Eintauchen desselben in ein härtbares flüssiges Harz, welches zu einem temperaturbeständigen Feststoff aushärtet, oder durch Bestreichen mit einem solchen Harzvabzudichten.
Beispiele für geeignete härtbare Materialien sind Lösungen von Siliconkautschuk, kolloide Kieselsäure und Natriumsilikat. Wenn eine derartige Kantenabdichtung angewandt wird, ist die Aluminiumfolie nicht erforderlich.
Bei manchen Anlagen ist die Plattentemperatur so hoch, daß die von den durch die Heizvorrichtung erwärmten Oberflächen reflektierte Wärme so stark ist, daß das Aluminium beschdigt werden kann. In solchen Fällen können für die Dichtungsfolie andere Metalle, wie z.B. rostfreier Stahl, verwendet werden, oder es kann der Rahmen auf die weiter unten erläuterte Weise mit Isoliermaterial geschützt werden.
Figur 6 zeigt eine besonders wirksame Anordnung zur Wärme behandlung einer sich bewegenden Gewebebahn 100, wie z.B.
für ein Trocknen und Härten von Textilien oder ein Bearbeiten von Papier, wobei die Bewegungsrichtung durch den Pfeil 102 angegeben wird. In dieser Anordnung stehen dem sich bewegenden Gewebe eine Reihe von Brennern 110 gegenüber, welche auf entgegengesetzten Seiten des Gewebes einander benachbart sind. Unmittelbar gegenüber jedem Brenner 110 ist ein Hückstrahler 120 angeordnet, welcher eine sehr dünne Schicht eines wärmeabsorbierenden Materials, wie z.B. aus oxidiertem rostfreiem Stahl 122,aufweist, die mit einem Hochtemperaturisolator 124, wie z.B. einem verfilzten feuerfesten Material, hinterlegt ist. Die Rückstrahler sind vorzugsweise wesentlich breiter als die Brenner'und beim Gebrauch absorbiert die wärmeabsorbierende Schicht 122 wesentliche Wärmemengen, welche das Gewebe 100 durchdringen, so daß die Schicht beträchtlich heiß wird und Wärme zurück zum Gewebe 100 strahlt. Zur Verbesserung der Trocknungs- oder Gasentfernungswirkung beim Wärmebehandlungsverfahren werden durch die Einlaß- und Austrittsleitungen 130 bzw. 132 Ströme von schwach gesättigter Luft in Nachbarschaft des Ortes, wo das Gewebe dem Brenner nahekommt, eingeleitet, und es wird in Nähe der Orte, wo das Gewebe aus dem Brennerbereich tritt, gesättigtere Luft abgezogen. Zur weiteren Verbesserung der Wirksamkeit dieses Systems kann zur Vorwärmung der ankommenden schwach gesättigten Luft die Wärme aus der abgezogenen Luft verwertet werden.
Die zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Merkmale sind nicht auf Vorrichtungen mit flachen porösen feuerfesten Platten 10 beschränkt. Diese Platten können auch konvex oder konkav sein, wenn z.B. die von ihnen hervorgebrachte Infrarotstrahlung besonders ausgerichtet werden soll. Eine konkave Platte führt beispielsweise zu einer Bündelung solcher Strahlen. Die Platten können aber auch eine becherförmige, hutförmige oder sonstige beliebige Gestalt aufweisen.
Die Platten werden im allgemeinen geformt, indem man die keramischen Fasern auf einer Sieboberfläche verfilzt, und diese Oberfläche kann so geformt werden, daß die gewünschte Plattenausbildung erhalten wird. Ein Bindemittel beliebiger Art, wie z.B. Stärke oder Natriumsilikat, kann in geringen Mengen mit den Fasern vermischt werden, um diese abzubinden und dazu beizutragen, daß die Fasern an den Stellen, wo sie miteinander in Berührung stehen, aneinander gehalten werden.
Eine noch größere Vereinfachung der zuvor beschriebenen Strahlungsheizvorrichtung und ein einfacherer Betrieb derselben wird erreicht, indem man die Plattenränder so zusammenquetscht, daß sie zumindest um etwa 10 % ihrer ursprünglichen Dicke in nicht gepreßtem Zustand komprimiert sind, wobei ferner durch diese einfache Maßnahme eine Verminderung des Austritts von Verbrennungsgemisch durch die Plattenränder unterstützt wird. Wenn man die weiter oben beschriebene Randabdichtung durch einen nichtbrennbaren Gasstrom mit der Randverdichtung kombiniert, erhält man eine sehr wirksame Randabdichtung mit lediglich einem Bruchteil des sonst erforderlichen Stroms an nichtbrennbarem Gas.
Mit einer der beiden Anordnungen ist jedoch keine weitere Hilfsmaßnahme zur Abdichtung gegenüber einem Randleckverlust an Verbrennungsgemisch erforderlich, und es kann von einer Randimprägnierung sowie von einem Umwickeln der Plattenränder, wie z.B. mit einer Aluminiumfolie, völlig abgesehen werden.
Nachfolgende Figuren zeigen weitere beispielhafte Ausführungsformen gemäß der Erfindung,welche u.a. auf dem zuvor genannten Randabdichtungsprinzip beruhen.
Figur 7 ist eine Schnittdarstellung einer gasbefeuerten Strahlungsheizvorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung; Figur 8 ist eine Draufsicht auf eine spezielle Anordnung von Vorrichtungen der in Figur 7 dargestellten Art; Figur 9 ist eine Schnittdarstellung ähnlich Figur 7; sie zeigt eine modifizierte Bauart der Heizvorrichtung gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung; Figur 10 ist eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Figur 9; Figur 10 ist eine Draufsicht auf eine Komponente der Bauart gemäß Figuren 9 und 10; Figurilist eine Draufsicht im Aufriß auf einen Teil einer Heizvorrichtung; sie zeigt ein Detailmerkmal, welches gemäß der Erfindung geeignet ist; Figur 12 ist eine Schnittansicht der Bauart gemäß Figur 11 entlang der Linie 6-6; Figur 13 ist eine Schnittdarstellung einer unterschiedlichen Heizvorrichtungsbauart gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung; Figuren 14 und 14A sind Schnittansichten einer Heizvorrichtungsbauart, welche für noch einen weiteren Aspekt der Erfindung typisch ist; und Figuren 15, 16 und 17 sind Ansichten weiterer AusfUhrungsformen gemäß der Erfindung.
Figur 7 zeigt eine Heizvorrichtung 100 mit der verbesserten Randabdichtung. Die Vorrichtung 100 umfaßt eine becherförmige Platte 102 aus verfilzten feuerfesten Fasern gemäß der DT-PA (unsere Nr. 21 0395)welche an ihren Rändern um eine Stützvorrichtung 104 mit aus verhältnismäßig dünnem Material von etwa 1,6 mm Dicke geformten EletXentten befestigt ist.
aus rostfreiem Stahl oder einem anderen Metall Eine zentral angeordnete Schale 106 mit dem Boden 105 weist geneigte Wände 107 mit erhöhten Kanten 108 auf, gegen die die Platte 102 gedrückt ist, um eine Kammer 110 für das Verbrennungsgemisch zu beschreiben. Die Außenfläche 103 der Platte 102 ist rechteckig wie die Kammer 110.
An dem Außenrand des Bodens 105 der Schale 106 ist eine zwei Reihe von Winkelstücken angebracht, von denen / bei 112 und 114 dargestellt sind, welche einen rechtwinkligen Rahmen bestimmen, gegen den die Ränder 120 der Platte 102 befestigt sind. Diese Winkelstücke sind dargestellt mit einem horizontalen Schenkel 122, welcher an dem Boden der Schale 106 angeschweißt oder -gelötet ist, und vertikalen Schenkeln 124, welche sich den Schalenrändern 108 nähern, diese jedoch nicht ganz erreichen. Die Rahmenwinkel umschreiben mit den Schalenwänden 107 eine äußere Kammer 130, welche die Kammer 110 fUr das Verbrennungsgemisch umgibt und die einen Ablaß schlitz 132 aufweist, der im Eingriff mit dem Plattenrand 102 steht. Die Rahmenelemente sind an den Ecken des Rahmens auf Gehrung verbunden oder sonstwie im Übermaß gepaßt (interfitted), um die äußere Kammer gegenüber Lecks an diesen Stellen völlig abzudichten oder Leckverluste wenigstens auf ein Minimum herabzusetzen. Zuleitungsstutzen 146 und 148 sind in öffnungen im Boden 105 und an einem oder mehreren der Rahmenwinkel 112 befestigt, zur Zufuhr von Verbrennungsgemisch bzw. nicht brennbarem Gas. Leitbleche, wie z.B. die U-förmige Ablenkfläche 116, können ebenfalls vorgesehen sein, um dazu beizutragen, daß die eintretenden Gase sich gleichmäßiger verteilen. Insofern als Luft im allgemeinen als nichtbrennbares Gas verwendet wird, welches durch die Kammer 130 strömt, ist ein geringer 5'ht Leckverlust/weiter nachteilig, nachteilig> außer daß ein geringer Überschuß an Luft verbraucht wird.
Die Verankerung der Platte 102 an Ort und Stelle ist, wie dargestellt, mit Hilfe einer Reihe von 4 oder mehr Befestigungswinkeln (clamping angles) 136 und 138 bewirkt, welche die Plattenränder 120 gegen die Rahmenwinkelstücke klemmen, und zwar mit Hilfe von Schrauben 140, welche durch ausgefluchtete öffnungen in den Winkelstücken gesteckt und in selbstklemmende (self-locking) Schraubenmuttern 142 eingeschraubt sind, welche an den Schenkeln 124 durch Befestigungsklarnmern oder durch Verschweißen angebracht sind. Die Schrauben, welche nicht dicker als etwa 4,75 mm sein brauchen, können leicht durch die Ränder der Platte ohne ein ernstliches Verletzen der Platte gesteckt werden, und jede Verletzung, welche einen Leckverlust an Gas fördern könnte, wird mehr als kompensiert durch ein genügendes Anziehen der Befestigungen zur Verdichtung der Plattenränder. Übliche Platten haben eine Wandstärke von etwa 2,86 cm und einen derartigen Abstand zwischen den Fasern, daß mehr als die Hälfte dieser Dicke aus Fasern und Bindemittel besteht, so daß ein Verdichten der Ränder zur Herabsetzung der Gesamtdicke um lediglich etwa 10 % den Luftraum zwischen den Fasern erheblich herabsetzt und einen Leckverlust erheblich begrenzt.
Es können jedoch sehr wirksame Platten aus verfilzten Fasern durch Nähen (needling) einer Matte aus derartigen Fasern ohne Zuhilfenahme von Bindemitteln hergestellt werden. Derartige genähte Platten können außerordentlich biegsam sein im Vergleich za geformten , bindemittelhaltigen Matten, welche steif wie Karton sind>und ihre Ränder können bis zu etwa 30 % ihrer Dicke in nicht verdichtetem Zustand zusammengedrückt werden. Das Verdichten derartiger Ränder) welche ursprünglich eine Dicke von etwa 2,54 cm hatten, bis herab zu etwa 0,95 cm führt zu einer außerordentlich wirksamen Abdichtung über die Luftabdichtung hinaus.
Es wird bevorzugt, daß bei derartigen biegsamen Platten die Randverdichtung bis zu etwa der Hälfte der ursprünglichen Dicke oder noch weniger durchgeführt wird. Gewünschtenfalls kann jedoch auch eine biegsame Platte allein über ihre Ränder oder über ihre Gesamtheit versteift werden, beispielsweise durch Imprägnierung mit einer wässrigen Lösung von Stärke oder dergleichen. In einem derartigen versteiften Zustand kann der Randverdichtungsgrad verringert sein.
Um zu vermeiden, daß die Verdichtung zu einem Brechen der mit dem Bindemittel imprägnierten Fasern der Platte führt, werden die zu verdichtenden Plattenränder zuerst in Wasser oder ein anderes Lösungsmittel für das auf den Fasern aufgetragene Bindemittel getaucht. Eine derartige Benetzung macht die Ränder leichter deformierbar, so daß das Verdichten ohne weiteres bewirkt werden kann, und ohne daß die Befestigungselemente ernstlich beansprucht werden. Um eine gleichmäßige Verdichtung kartonähnlicher Platten zu gewährleisten, befinden sich die Schrauben 140, wenn die Befestigungswinkel die zuvor genannte Wandstärke aufweisen, in einem Abstand von nicht mehr als etwa 20 cm voneinander.
Wenn die Heizvorrichtungen in engen Räumen betrieben werden, so daß die Befestigungswinkel einer beträchtlichen Reflektionswärme ausgesetzt sind, ist es zweckmäßig, in die vertikalen Schenkel dieser Befestigungswinkel Schlitze im Abstand von etwa 15,2 cm einzuschneiden, um eine Wärmeausdehnung und -kontraktion ohne Verwerfung der Stütze zu ermöglichen. Derartige Schlitze brauchen lediglich etwa 0,58 mm breit sein, sie können aber auch weggelassen werden, wenn die Befestigungswinkel nicht in Eingriff miteinander an den Ecken des Rahmens stehen, so daß an diesen Ecken eine Ausdehnung möglich ist.
Ein vorteilhaftes Merkmal der in Figur 7 dargestellten Bauart der Heizvorrichtung ist, daß eine Vielzahl derartiger Heizvorrichtungen nebeneinander angeordnet werden können, so daß eine zusammengebaute wirksame kontinuierliche Strahlungsheizvorrichtung erhalten wird, welche eine ausgedehnte Flache bedeckt. Infolgedessen werden einzelne Heizvorrichtunger zweckmSBigerweise mit rechteckigen Heizflächen einer Abmessung von etwa 30 x 60 cm hergestellt; größere Abmessungen von steifen kartonähnlichen Platten sind etwas schwierig herzustellen, weil die Formgebung und Handhabung schwieriger ist. Jedoch lassen sich die Platten mit den geringeren Abmessungen auf eine sehr erwünschte Weise, wie in Figur 2 dargestellt, nebeneinanderstellen, wenn sie so ausgebildet werden, daß ihre Ränder 120 um zumindest etwa 900 aus der Ebene des Plattenkörpers abwärts gebogen sind, indem man einen derartigen Rand als einen aus einer flachen Platte nach unten gebogenen vorstehenden Rand auffaßtßund und die Randausstattungen so plaziert, daß sie zumindest teilweise innseits (inboard of) der Außenfläche dieses vorstehenden Randes liegen und nicht mehr als etwa 5 mm über diese Fläche hinausragen.
In Figur 8 ist ein Zusammenbau 200 von einzelnen Heizvorrichtungen 100 dargestellt, wobei die benachbarten Flächen ihrer Plattenränder 120 an der Stelle 202 etwa 3 mm voneinander entfernt sind. Die Ränder der Plattenflächen 102 können so ausgebildet sein, daß sie einen Krümmungsradius von praktisch 0 aufweisen, wo sie in die Ränder 120 einbiegen, jedoch ist es bisweilen einfacher, sie mit einem Radius von etwa 3,17 mm herzustellen; der zuvor genannte Abstand von 3 mm derart abgerundeter Ecken beeinträchtigt nicht wesentlich eine wirksame kontinuierliche Oberflächenverbindung von Heizvorrichtungen, insbesondere wenn das Verbrennungsgemisch über der ganzen abgerundeten Ecke zur Verbrennung gebracht wird. Eine Erhöhung des Abstandes von etwa 3 mm auf etwa 5 mm führt zu einer merklichen Diskontinuität der Strahlungsgleichmäßigkeit, jedoch kann dies in der Regel toleriert werden.
Während die Befestigungsschrauben 140 als Rundkopfschrauben dargestellt sind, die infolgedessen aus der entferntesten Kante von den Kanten der Außenseiten der feuerfesten Platte hir.ausragen, ist jedoch ein derartiges Hinausragen kein Problem, solange dies nicht über die zuvor genannte 5 mm-Grenze oder die bevorzugte Grenze von 3 mm erfolgt. Diese Schrauben können entlang jedes Randes unsymmetrisch angebracht werden, so daß die Schrauben an einer Heizvorrichtung gegen die Schrauben einer benachbart gelegenen Heizvorrichtung versetzt sind, wie ebenfalls in Figur 2 veranschaulicht ist.
Die Rundkopfschrauben können aber auch durch Zylinderkopfschrauben ersetzt werden, welche etwas mehr hinausragen, die aber leichter während der Herstellung anzubringen sind.
Ferner können Flachkopfschrauben verwendet werden, wobei die Schraubenöffnungen in den Befestigungswinkeln versenkt ausgebildet werden, so daß die Schraubenköpfe nicht über diese Befestigungswinkel hinausragen, wenn ein minimaler oder gar kein Abstand 202 erwünscht ist.
Die in Figur 7 dargestellte Bauart des Brenners kann auch Platten der zuvor erwähnten biegsamen genähten Art umfassen.
Eine derartige biegsame Platte verhält sich sehr ähnlich einer Wolldecke, und ihre Ränder können an Ort und Stelle zwischen den seitlichen Verankerungselementen umgefaltet und zu einem Saum vernäht werden (tucked). Aufgrund ihrer hohen Biegsamkeit lassen sich die Ecken derartiger Platten in die gewünschte Form zusammenquetschen, obgleich es zweckmäßig sein kann, alles überschüssige Eckenmaterial wegzuschneiden und/oder einige der Plattenecken mit Einschnitten zu versehen (notch out), so daß sie leichter an Ort und Stelle befestigt werden können. Es wird bevorzugt, alle Einschnitte bzw. Aussparungen auf Eckenteile zu beschränken, welche durch die Verankerungselemente bedeckt sind, so daß an diesen Einschnitten ein Leckverlust an Gas verringert wird.
Es braucht nicht der ganze Rand jeder feuerfesten Platte 102, wie bei 120 gezeigt, geflanscht sein, da jede der in Figur 2 gezeigten Platten zumindest einen Rand aufweist, welcher nicht neben eine andere Platte gelegt ist, und manche Platten haben 2 Ränder, welche nicht nebeneinander gelegt sind.
Wenn lediglich 2 Platten nebeneinander zu legen sind, kann nur eine einen Rand aufweisen, welcher mit einem geflanschten Fand 120 versehen ist; in diesem Fall können die restlichen 3 Runder einfache Konstruktionen aufweisen, wie in den weiter oben gezeigten Ausführungformen von flachen Platten gezeigt wurde und in den Figuren 9 und 10 veranschaulicht ist.
Ein sehr enges Nebeneinanderliegen kann auch herbeigeführt werden, wenn man die nebeneinanderzulegenden Ränder 120 so ausbildet, daß sie mehr als 900 aus der Horizontalen nach unten gebogen werden, wobei sich die Gradangabe auf den in Figur 7 dargestellten Winkel 150 bezieht. Eine Platte kann infolgedessen um ein in geeigneter Weise geformtes Formsieb herum geformt werden, wobei 3 ihrer 4 Seiten hervorspringende Ränder aufweisen, welche in einem Winkel von 100 oder 1100 gebogen sind (vgl. Winkel 150), und man kann eine derart geformte Platte sodann seitlich von der Form weg in Richtung weg von ihrer 4. Seite gleiten lassen. Wenn lediglich ein Rand ein hervorspringender Rand sein soll, so kann dieser bei der Formgebung der Platte hergestellt werden, oder indem man den Rand einer flach geformten Platte abwärts biegt, nachdem man den Rand durch Befeuchten weich gemacht hat.
Die Bauartarten gemäß Figuren 9 und 10 sind solche fUr flache Heizplatten; sie können aus leicht zugänglichem Plattenmaterial ohne Schwierigkeiten hergestellt werden. Diese Ausführungsform umfaßt eine Stütze für die Platte, welche ein zusammengeschweißter Zusammenbau einer rechteckigen Kammerbox 302 und eines bezüglich des Hohlraummittelpunkts zentrierten rechtwinkligen Kammerrohrs 304 ist,das die Box 302 kreisförmig umschreibt. Die Kammerbox 302 wird zweckmäßigerweise durch geeignetes Aussparen der Ecken eines rechtwinkligen Blechs hergestellt, indem die so gebildeten 4 Schenkel nach oben gebogen werden, wonach die erhaltenen Ecken gasdicht verschweißt werden. In den Boden der Box kann sodann zur Aufnahme eines PTM-Halbverschlußstopfens (half dose nipple) 306, welcher ebenfalls gasdicht eingeschweißt wird, gestanzt werden. Über das Loch kann zur Verteilung des hierdurch eingeführten Verbrennungsgemisches ein Leitblech 308 punktgeschweißt werden. Gegebenenfalls kann ein Extrazapfen (tap) 310 bei einem 2. Loch im Boden der Box vorgesehen werden, zum Anschluß eines Manometers oder dergleichen.
Die rohrförmige Kammer 304 kann auf einfache Weise aus Metallblech hergestellt werden, welches in Form einer Hohlkehle mit einem Schenkel 312 und ungleichen Flanschen 314 und 316 gebogen wird. Die Hohlkehle wird-in 4 Rohrschüsse geschnitten, von denen jeder auf Gehrung verbunden und sodann gegebenenfalls gasdicht verschweißt wird. Die röhrenförmige Kammer 304 kann sodann an der Kammerbox, z.B. durch Punktschweißen der Flansche 316 auf den Boden der BoxXbefestigt werden. An der röhrenförmigen Kammer kann ein Gaseinlaß 320 in Form eines Halbverschlußstopfens befestigt werden, zusanmen mit einem Extrazapfen 322, auf gleiche Art wie bei bei der Kammerbox, und es kann ein Leitblech 324 über dem Gaseinlaß 320 angebracht werden, indem man es auf die Außenseite der Kammerbox oder die Innenseite der röhrenförmigen Kammer punktschweißt.
Ein vorzugsweise 6,35 mm breiter Schlitz 330 umgibt kreisförnig die Oberseite der Kammerbox. Die feuerfeste Matrix wird durch einen Befestigungsrahmen 342 mit einem Winkelabschnitt (vgl. Fig. g)und mit in den die Stirnseite der Platte Überlappenden Schenkel eingeschnittenen Schlitzen 344 (vgl. Figur 10) befestigt. Die Schlitze können sich in einem Abstand von etwa 20 cm voneinander befinden; sie weisen vorzugsweise eine Breite von 1,58 mm auf, um für die härtesten thermischen Bedingungen Vorsorge zu treffen.
Der Befestigungsrahmen ist durch Schrauben 346)wie wie in der Bauart gemäß Figur 7Jbefestigt, obgleich Metallblechschrauben anstelledessen benutzt werden können; in einem solchen Fall können die Schraubenmuttern weggelassen werden, und es können gegebenenfalls Sicherungsscheiben unter den Schraubköpfen angebracht werden.
Bei harten thermischen Bedingungen, wie z.B. bei einer Befeuerung mit nach unten gerichteter Stirnseite oder bei einer Befeuerung direkt mit einander gegenüberliegenden Brennern, ist es erwünscht, den Befestigungsrahmen 342 von der Strahlungs- und Konvektionswärme zu isolieren, indem man ihn mit einem Hochtemperaturisolierungsmaterial, wie z.B. verfilzten oder in Form einer Decke vernähten Mineralfasern, umwickelt. Figur 9 zeigt eine Faserdecke 350 mit einer Dicke von etwa 1,27 cm, welche zwischen dem Befestigungsrahmen 342 gepreßt und befestigt ist; die feuerfeste Matrix ist um den Befestigungsrahmen 342 und Schenkel 312 geschlagen und mittels der Klammer 360 und Metallblech-oder anderenSchrauben 362 am Flansch 316 befestigt. Die Faserdecke 350 isoliert den Befestigungsrahmen von der Konvektionæwärme, und ihre reinweiße Farbe reflektiert Strahlungsenergie von einander gegenüber liegenden Brennern, wodurch das System wirksamer wird. Bei Betriebsbedingungen mit einer Umgebung von sehr hoher Temperatur kann es erwünscht sein, die nicht strahlenden Oberflächen des Brenners 300 mit dem Fasertuch vollständig einzuwickeln.
FigurAOA zeigt die Faserdecke im zur Montage vorbereiteten Zustand, die einen umgeschlagenen Rand 370 aufweist, der unter die Fläche des Befestigungsrahmens 342 eingefügt wird.
Bei Anwendungen mit weniger strengetemperaturbedingungen kann es erwünscht sein, gerade die Fläche von 342 abzudecken und das Tuch mit den Schrauben 346, deren Köpfe mit Scheiben unterlegt sind, zu haltern.
Die erfindungsgemäßen Strahlungsheizvorrichtungen können mit automatischen Zündvorrichtungen versehen sein, wie z.B. mit elektrischen Zündkerzen oder Stichflammenzündern (pilot lights). Figuren 11 und 12 zeigen eine besonders erwünschte Bauart einer automatischen ZUndvorrichtung, welche an einer Heizvorrichtung der in Figuren 9 und 10 dargestellten Art angebracht ist.
Eine Standardkombination 500 aus einem Zündkerzenstab 501, einem geerdeten Stab 502 und einem Flammenprüfungsstab 503 ist so angebracht, daß die Stäbe im wesentlichen parallel zu und im Abstand von etwa 1,59 mm oberhalb der Außenfläche 505 der porösen feuerfesten Platte 340 sich befinden. Unter der gegenüberliegenden Seite der Plattetunterhalb des Stabaufbaus, ist die Kammerbox mit einer Trennwand 507 versehen, welche eine Kammer 509 von dem restlichen Teil der box Kammer'abtrennt, und die Kammer ist mit einer eigenen Anschluß stück 511 zur Zufuhr eines getrennten Verbrennungsgemischs versehen.
Der Zündstab 501 und Flammenprüfstab 503 sind jeweils in 2 identischen Isolatoren 550 gehaltert, welche sich durch die ausgefluchteten Öffnungen in dem oberen Flansch 520 des Befestigungsrahmens 342 und den Flanschen 316 und 314 der Kammer 304 erstrecken, wie in Figur 6 gezeigt wird.
Der geerdete Stab 502 wird an den Flansch 520 angeschweißt oder -gelötet. Die Enden der Stäbe 501 und 503, welche durch den Flansch 316 gehen, sind zur Aufnahme eines Anschlußstücks 542 mit Gewinde verstehen, welches sie an Ort und Stelle hält und eine zum erforderlichen Kabelanschluß geeignete Verbindung schafft.
Die Konstruktion gemäß Figuren 11 und 12 wird zur Inbetriebnahe der Brenner unter Anwendung einer Sicherheitsprüfung betrieben. Es wird zunächst ein getrenntes Zündverbrennungsgemisch in die Kammer 509 eingerührt, und zur gleichen Zeit wird an den Zündkerzenstab elektrische Energie angelegt, um die Zündung in Gang zu setzen. Wenn der Flammenstab innerhalb eines kurzen Zeitraums, beispielsweise innerhalb von 10 bis 30 Sekunden, keine Flamme abtastet, wird der Strom des Verbrennungsgemisches automatisch abgeschnitten, und die Stantfolge muß dann manuell wieder in Gang gesetzt werden, vorzugsweise nachdem der Strom des Verbrennungsgemisches, wie z.B. durch Durchblasen (purging) der Kammer 509, unterbrochen wurde. Wenn die Start folge eine Entzündung des getrennten Verbrennungsgemisches verursacht, tastet der Flammprüfstab 503 die Verbrennung ab und öffnet das Ventil für die Beschickung der Kammer 302 mit dem Hauptverbrennungsgemisch, welches sodann durch die Flamme bei der Kammer 509 gezündet wird.
Indem man eine kleine Kammer 509 mit einer geringen stündlichen Zufuhr an Wärmeenergie beim automatischen Zündtest verwendet, wird die Explosionsgefahr bei der Zündung auf ein Minimum herabgesetzt. Zu diesem Zweck ist ein Kammervolumen von etwa 100 cm3 oder weniger sehr wirksam.
Die Zündverbrennung auf der abstrahlenden Oberfläche der Platte trägt zur Gesamtabstrahlung bei.
Der Abstand der Stabanordnung von der feuerfesten Platte wird vorzugsweise sehr gering gehalten, so daß die Stäbe nicht stören, wenn man die strahlende Oberfläche eng an das zu bestrahlende Material, wie z.B. ein sich bewegendes Textilgewebe, welches getrocknet werden sollvheranbringt.
Da sich die Wirksamkeit der Heizvorrichtung beim nahen Heranbringen an das zu behandelnde Material erhöht, wird bisweilen der Abstand der Platte von dem Material so eingestellt, daß er lediglich etwa 5 cm oder noch weniger beträgt.
Die weitere in Figur 13 dargestellte Ausführungsform zeigt eine Strahlungsheizvorrichtung 700 gemäß der Erfindung, welche besonders zum Einlöten von Metallrohr/ In ein Metallblech nach dem Verfahren der DT-PA (unsere Nr. 21 039 ) geeignet ist. Diese Heizvorrichtung 700 kann die in Figur 1 vorgenannter DT-PA dargestellte Heizvorrichtung direkt ersetzen, auch wenn die Heizvorrichtung 700 lediglich eine Verbrennungszone aufweist. Die Vorrichtung 700 weist einen haubenförmigen Ständer (holder) 702 auf, welcher gasdicht an einen Stützring 704 angeschweißt ist, welcher so geformt ist, daß er die Krempe (brim) 710 der hutförmigen Platte 720 aus feuerfestem keramischen Material aufnehmen und an diesen befestigt werden kann. Der Aufsatzteil 712 der Platte wird somit im Abstand von dem haubenförmigen Ständer 702 gehalten, wodurch eine Kammer 730 für das Verbrennungsgemisch gebildet wird, welches auf der konkaven Oberfläche des Aufsatzes 712 verbrannt wird. Man sieht einen Einlaß 732 und einen Ansatz für ein Manometer, welche an dem Ständer 702 angebracht sind.
Man sieht ferner, daß die Krempe der Platte 720 durch einen Befestigungsring 706 an dem Stützring 704 befestigt ist, 706 welcher Ring7tmit einem Verlängerungsstück 708 des Stützrings 704 verschraubt ist; er ist von diesem versetzt, wobei sich eine zylindrische Wand 740 bildet, welche eine ringförmige Kammer für das nicht brennbare Gas bildet. Gewünschtenfalls kann die Versetzung als integraler Bestandteil des Befestigungsrings ausgebildet werden, so daß die Stützringverlängerung 708 in der allgemeinen Ebene des Hauptteils des Stützringes liegen kann. Die Wand 740 kann aber auch in obere und untere kurze Zylinder geteilt werden, welche getrennt integrale Bestandteile mit den getrennten Ringen bilden. Die ringförmige Kammer ist ferner mit einem Einlaß 760 und einem Anschlußstück 770 für ein Manometer versehen.
In die Kammer 750 der Heizvorrichtung 700 gepumptes> nicht brennbares Gas fließt durch die Krempe 710 der porösen feuerfesten Platte 720 und hält das durch die Kammer 730 eingeführte Verbrennungsgemisch davon ab, den untersten Teil der inneren Oberfläche der Platte zu erreichen, wo er mit der Kammer 750 ausgefluchtet ist. Es sind keine äußeren Kühlschlangen und kein äußerer Kühlmantel für die Heizvorrichtung 700 erforderlich, insofern als das aus dem unteren Teil des Platteninneren austretendesnicht brennbare Gas entlang des Bodens des Befestigungsringes 706 nach außen strömt und diesen sowie die zugehörigen Metallteile genügend kalt hält. Der Ständer 702 sowie die restlichen Elemente, welche die Platte 720 halternlkönnen aus etwa 1,5 mm dickem Aluminium hergestellt werden.
Ein anderes Merkmal der Erfindung ist, daß die Heizvorrichtungen in der Ausführungsform mit Luftdichtung besonders zur Verwendung als Heißluft- und/oder Heißwasserheizöfen für Häuser geeignet sind. Die Luftabdichtung verhindert wirksam eine Diffusion des Verbrennungsgemisches zu Randstellen, wo es mit niederer Beschickungsgeschwindigkeit und somit allmählich tief zurück in dem Bindemittel verbrennen kann, welches die feuerfesten Fasern zusammenhält, was schließlich zu einer Schwächungslinie führt, bei der eine nicht genähte Platte dazu neigt, leicht zu brechen. Eine Rückschlagverbrennung kann bisweilen so weit zurück stattfinden, daß eine Zündung in der Kammer für das Gemisch selbst verursacht wird, was die Heizvorrichtung für einen Dauerbetrieb ungeeignet macht. Infolgedessen gewährleistet die Randabdichtung gemäß der Erfindung eine sehr lange Betriebszeit der feuerfesten Plattevund diese Abdichtung ist so einfach, daß sie ohne großen Aufwand konstruiert werden kann; infolgedessen ist sie für relativ kleine Vorrichtungen für den Hausgebrauch sehr attraktiv.
Fign. 14 und 14A zeigen eine Warmluftwärmeaustauschkonstruktion gemäß der Erfindung für eine Heizung von Häusern. In dieser Ausführungsform weist ein zylindrischer Wärmeaustauscher 800 ein hohles Inneres 802 auf, in dem eine Faserplatte 804> ebenfalls von zylindrischer Form, angeordnet ist. Die Platte hat ein offenes Ende 806 , welches auf einer Befestigungsplatte 808, z.B. mittels eines Spants 810, welcher an der Platte angeschweißt oder aus dieser geformt ist> befestigt ist, und um den das Plattenende durch ein geschlitztes Band 812 aus Metallblech zusammengequetscht ist, dessen Enden durch eine Dichtungsschraube 814 zusammengezogen werden können.
Bevor die Platte an Ort und Stelle befestigt wird, wird eine Trennscheibe (partition disc) 820, die auf einer röhrenförmigen Stütze 822 mit einem mit Außengewinde versehenen Vorsprung gehalten wird, auf einer Befestigungsplatte 808 angebracht, welche eine mit Gewinde versehene öffnung 826 aufweist, in die der mit Gewinde versehene Vorsprung 824 eingeschraubt werden kann.
Der Umfang der Trennscheibe 820 ist gerade über der Kante des Spants 810 gelegen, so daß ein Randschlitz 830 zum Austritt eines Dichtungsgasstroms durch den Randteil der Platte 804 gebildet wird. Zur Zufuhr des dichtenden Gasstroms zur Kammer 840 fÜr das dichtende Gas unter der Trennscheibe 820 ist ein Einlaßstutzen 832 vorgesehen. Der Vorsprung 824 dient zur Zufuhr des Verbrennungsgemisches zu der Kammer 850 oberhalb der Trennscheibe.
Wie die Zeichnung zeigt, trägt das Band 812 auch einen Ring von sich nach außen erstreckenden Ansätzen 842, welche helfen, eine Isolierungspackung 844 zu haltern, welche um das offene Ende der Platte 804 angebracht wird, wenn die Befestigungsplatte 808 zum Eingriff mit der Mündung 846 des Wärmeaustauschers 800 gebracht wird. Einige dieser Ansätze sind auch perforiert, um eine Zünd- und Testvorrichtung 860 aufzunehmen, welche in Form einer Reihe von keramischen Rohren 862 dargestellt sind, die jeweils ein breiteres Kopfteil 865 aufweisen und in ausgefluchtete öffnungen in der Befestigungsplatte eingeschraubt sind. Durch den Durchgang in jedem keramischen Rohr erstreckt sich ein Stab 867 mit einem innen gelegenen scheibenförmigen Ende 870, das, wie bei 872 gezeigt, abgesteckt (staked) ist, so daß es in geeigneter Weise bezüglich des keramischen Rohrs in die richtige Lage gebracht werden kann. Eine Dichtungsscheibe 874 kann über jeden Stab, bevor dieser in das keramische Rohr eingeführt wird, gestreift werden, um zu einem besseren Zusammenwirken hinsichtlich der Lage mit dem Rohr und der Richtpunktseinstellung (staking) zu führen. An dem Außenrand jedes Stabes kann ein Befestigungskopfstück (mounting tip) 876 aufgeschraubt sein.
Die Scheiben 870 jedes Stabes werden so angebracht, daß ihre Kanten sich gegenüberliegen, was zur Entdeckung der Zündung und der Entflammung geeignet ist, wie weiter oben im Zusammenhang mit den Figuren 11 und 12 beschrieben wurde.
Die Außenseite des Wärmeaustauschers 800 kann in der Kammer für den Luftumlauf einer Standardhausheizvorrichtung oder gegebenenfalls in einem aufzuwärmendes Wasser enthaltenden Wasserbehälter angeordnet sein. Dieser Wärmeaustauscher kann aus Metall oder sogar aus Glas bestehen, wobei Borsilikatglas besonders geeignet ist, wenn der Wärmeaustauscher zur Wassererwärmung verwendet wird. Das auf diesem Weg zu erwärmende Wasser kann mit Farbstoffen gefärbt sein, beispielsweise um die durch einen lichtdurchlässigen Wärmeaustauscher hindurchtretende Strahlungsenergie besser zu absorbieren. Wärmeaustauscher aus Metall sind wünschenswerterweise mit Rippen versehen um ihre effektive Oberfläche und damit ihren Wärmeübergang auf sie umgebende Luft oder dergleichen zu erhöhen.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Möglichkeit, ein inertes oder reduzierendes Gas zur Abdichtung des Verbrennungsgemisches auf seinem Weg durch die poröse feuerfeste Platte zu verwenden. Auf diese Weise kann das Dichtungsgas dazu beitragen, daß das verbrannte Verbrennungsgemisch eine Atmosphäre von außerordentlich geringem Sauerstoffgehalt oder eine solche mit einem starken Reduktionsvermögen bildet, wie z.B. aufgrund eines wesentlichen IZassr3tofrgehaltes.
Figur 9 zeigt einen Tunellofen zum Entspannungsglühen (annealing) mit einander gegenüber stehenden oberen und unteren Strahlungsheizvorrichtungen 902 und 904, welche durch Seitenblöcke 906 einer thermischen Isolierung im Abstand voneinander gehalten werden. Eine Fördervorrichtung 908 aus Drahtmaschengewebe ist angebracht, welche durch das Ofeninnere gleitet und Werkstücke, welche entspannungsgeglüht oder verlötet werden sollen, tragen kann. Ein Streifenvorhang 910 verschließt den Eingang des Ofens oberhalb der Fördervorrichtung, wobei der Eingangsteil unterhalb der Fördervorrichtung durch eine Wand 912 aus einem Stück verschlossen ist.
Die Heizvorrichtungen 902 und 904 werden auf die zuvor beschriebene Weise betrieben, jedoch mit der Ausnahme, daß die abdichtenden Gasströme, die durch die Preile 920 angedeutet werden, aus gecracktem Ammoniak, einem Gemisch aus Propan und Stickstoff oder aus reinem Propan und dergleichen bestehen. Es wird bevorzugt, die Verbrennungsgemische mit derartigen abdichtenden Gasen einzustellen, so daß sie nur wenig oder keinen Überschuß an Sauerstoff aufweisen.
Das Ofeninnere wird dann eine sehr wirksame reduzierende Atmosphäre, welche die Werkstücke vor einer Oxidation schützt und sogar eine auf diesen, wenn sie in den Ofen eingeführt werden'bereits vorhandene Oxidation reduziert.
Ungeachtet der stark reduzierenden Eigenschaft des Ofeninneren, findet die Verbrennung des Verbrennungsgemischs sehr wirksam statt, so daß eine Strahlung bei Temperaturen von zumindest einer Rotgluthitze zur VerfUgung steht.
Die genähten keramischen Faserplatten, welche weiter oben beschrieben wurden, werden zweckmäßigerweise in sehr großen Längen hergestellt, und zwar in einer Länge von etwa 7,5 m und noch länger. Derartige Platten sind besonders zur Verwendung bei sehr langen Strahlungsheizvorrichtungen geeignet; eine derartige Bauart ist in Figur 10 dargestellt.
Hier sind die Ränder einer keramischen Faserplatte 1010 mit einer Länge von etwa 4,5 m und einer Breite von etwa 0,3 m gegen die Oberfläche einer Kammer 1020 für die Dichtungsluft, welche eine rechteckige Kammer 1030 für das Verbrennungsgemisch umgibt, befestigt. Die Winkelstücke 1040 verdichten und befestigen die Plattenränder, welche gegen die Stirnseite der Kammer für die Dichtungsluft durch Schrauben 1050 gezogen sind, die mit Ansätzen (shoulders) 1052 versehen sein können, gegenüber denen sie bei einem verhältnismäßig hohen Drehmoment mit einem Minimum an Aufmerksamkeit abgedichtet werden können.
Eine Platte 1010, die nicht mit Bindemittel oder dergleichen versteift ist, wölbt sich, wie bei 1060 gezeigt, unter dem Einfluß des Drucks in der Kammer 1030 nach außen. Dies ist jedoch nicht besonders nachteilig, und in gewisser Hinsicht sogar erwünscht, weil dadurch die Wärmestrahlung von der Plattenstirnseite zu den Befestigungswinkeln vermindert wird.
Ein derartiges Aufwölben kann vermindert werden, indem man die Platte bei der Montage vorspannt.
Eine andere Möglichkeit zur Versteifung einer biegsamen Platte ist beispielsweise, sie auf ein Versteifungselement aufzunähen (needle), wie in Figur 11 gezeigt wird. Bei dieser Ausführungsform ist ein weitmaschiges Metallgitter 1102 zwischen 2 Schichten 1108 und 1110 von keamischen Fasern gelegt, wonach ein Zusammennähen erfolgt, um die beiden Faserschichten miteinander zu verfilzen (interfelt).
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Claims

Patentansprüche: 1. Gasbefeuerte Strahlungsheizvorrichtung mit einer porösen feuerfesten Platte, an deren Oberfläche ein gasförmiges Verbrennungsgemisch verbrannt wird, wobei die Platte an ihren Rändern unter Bildung einer Kammer zur Zufuhr eines Verbrennungsgemischs befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung zur Gaszufuhr die Kammer diesen Rändern entlang umgibt und Gasauslaßöffnungen aufweist, gegenüber welchen der Plattenrand gelegen ist, und von denen ein Strom nicht brennbaren Gases entlang des gesamten Plattenrandes durch die Plattendicke in einer solchen Menge hindurchgeleitet werden kann, daß ohne weitere Hiltsmaßnahme das Verbrennungsgemisch in der Kammer davon abgehalten wird, durch die Plattenränder zu entweichen.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse feuerfeste Platte eine genähte Fasermatte oder eine Platte aus verfilzten feuerfesten Fasern ist.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfeste Platte eine Randabdichtung gegen einen Gasaustritt aus dem Rand aufweist.
4. Strahlungsheizvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenränder so zusammengedrückt sind, daß ihre Dicke um zumindest etwa 10 % verringert ist.
5. Gasbefeuerte Strahlungsheizvorrichtung mit einer porösen feuerfesten Platte mit praktisch rechteckigem, flachem Plattenkörper, Uber dessen einer Fläche ein gasförmiges Verbrennungsgemisch verbrannt wird, gekennzeichnet durch einen entlang zumindest eines Randes dieses Plattenkörpers integral geformten hervorspringenden Rand, der gegen den Plattenkörper um zumindest etwa 900 gebogen ist, eine Stütze für diese Platte sowie Befestigungselemente, welche den hervorspringenden Rand an der Stütze befestigen, wobei die Befestigungselemente und die Stütze zumindest teilweise innseits der Außenfläche des vorspringenden Randes liegen und nicht mehr als etwa 5 mm über diese Fläche hinausragen.
6. Strahlungsheizvorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungselemente und die Stütze nicht mehr als etwa 3 mm über diese Fläche hinausragen.
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung des hervorspringenden Randes und der Befestigungen sich entlang zumindest eines weiteren Randes des Plattenkörpers wiederholt.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütze die Lippen eines am Rande befindlichen Schlitzes zum Gasauslaß umfaßt, der sich entlang des hervorspringenden Randes erstreckt und zum Ablassen eines nichtbrennbaren Gases durch den vorspringenden Rand dient.
9. Eine Reihe von Strahlungsheizvorrichtungen, welche eine in Längsrichtung der Reihe im wesentlichen gleichmäßige Strahlungsoberfläche darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Heizvorrichtung eine solche gemäß Anspruch 5 ist, wobei beide Platten bei jeder Verbindung zwischen aufeinanderfolgenden Heizvorrichtungen die Ausbildung des hervorspringenden Randes und der Befestigungselemente am Rand gemäß Anspruch 5 aufweisen, und wobei die einzelnen Strahlungsoberflächen der Platten bei jeder Verbindungsstelle nicht mehr als etwa 1,27 cm voneinander entfernt sind.
10. Eine Reihe von Strahlungsheizvorrichtungen, welche eine im wesentlichen gleichmaßige Strahlungsoberfläche in Längsrichtung der Reihe darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Heizvorrichtungen aus einer solchen gemäß Anspruch 6 besteht, wobei beide Platten an jeder Verbindung zwischen aufeinanderfolgendewHeizvorrichtungen die Anordnung des hervorspringenden Randes und der Befestigungselemente am Rand gemäß Anspruch 6 aufweisen, und die einzelnen Strahlungsoberflächen der Platten an der Verbindung nicht mehr als etwa 0,655 cm beabstandet sind.
11. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke eines Abschnitts des hervorspringenden Randes durch die Befestigungselemente zusammengedrückt ist, so daß die Außenfläche dieses Abschnitts bezüglich des Körperrandes, der den hervorspringenden Rand trägt, vertieft ist.
12. Gasbefeuerte Strahlungsheizvorrichtung, gekennzeichnet durch eine hutförmige poröse feuerfeste Platte mit einem haubenartigen Aufsatz und einer Krempe, einen im allgemeinen flachen Stützring für die Unterseite der Krempe, einen Befestigungsring, der die Oberseite der Krempe umringt, sich radial nach außen von diesen beiden Ringen erstreckende Vorsprünge, welche über den Krempenrand hinaus eine Kammer für ein nichtbrennbares Gas bilden, wobei die Vorsprünge so miteinander verbunden sind, daß die Krempe zwischen ihnen befestigt ist, sowie ein Haubenelement, das an dem Befestigungsring zur Bedeckung des haubenförmigen Aufsatzes und zur Bildung einer außerhalb des Aufsatzes gelegenen Kammer für ein gasförmiges Verbrennungsgemisch befestigt ist, wobei jede Kammer einen Gaseinlaß aufweist.
13. Gasbefeuerte Heizvorrichtung zur Erzeugung eines warmen Luftstroms mit einem hierin eingebauten Wärmeaustauscher, gegen dessen Oberfläche die Luft bewegt un'erwrmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung eine entfernbare Stützplatte aufweist, welche den Einbau bedeckt und einen porösen Becher aus feuerfestem Material in dem Einbau im Abstand von den Wänden und dem Boden desselben hält, und die Platte eine Kammer für ein Verbrennungsgemisch innerhalb des Bechers und eine getrennte Kammer für nicht brennbares Gas benachbart zur Mündung des Bechers bildet, wodurch das nichtbrennbare Gas zum Durchtritt durch den Becherrand in einem schmalen Strom veranlaßt wird und eine Schranke für das Verbrennungsgemisch bildet.
14. Gasbefeuerte Strahlungsheizvorrichtung mit einer Rückplatte, einem röhrenförmigen Rahmenelement mit Rohrschüssen, die sich um den Rand der Rückplatte erstrecken und mit dieser dicht verbunden sind und so eine Kammer für das Verbrennungsgemisch zwischen den gegenüberliegenden Rohrschüssen des Rahmenelementes und einer Seite der Rückplatte bilden, wobei das Rahmenelement Vorrichtungen zur Aufnahme eines zugeführten Gases in ihr röhrenförmiges Inneres sowie eine Fläche zur Aufnahne einer porösen feuerfesten Platte zum Abdecken der Kammer aufweist.
15. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das röhrenförmige Rahmenelement einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
16. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner ein weiteres Rahmengebilde zur Halterung der Außenfläche der Platte an dem Rahmenelement aufweist, und daß das Rahmenelement sowie das weitere Rahmengebilde Befestigungsvorrichtungen für ihr Zusammenhalten aufweisen.
17. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der Kammer rechteckig ist, daß die Rohrschüsse des Rahmenelementes an den Ecken des rechten Winkels miteinander auf Gehrung verbunden sind, und daß die Kammer an diesen Ecken abgedichtet ist.
18. Vorrichtung gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Gehrung verbundenen Ecken des Rahmenelementes an der Fläche, welche die Platte erfaßt, nicht abgedichtet sind.
19. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich durch die und entlang der die Platte erfassenden Fläche des Rahmenelementes ein Schlitz erstreckt, wobei eine Austrittsbahn für in das röhrenförmige Rahmeninnere eingeführtes Gas geschaffen wird.
20. Gasbefeuerte Strahlungsheizvorrichtung, enthaltend einen Behälter, welcher den Rand einer porösen feuerfesten Platte hält und eine Kammer für ein gasförmiges Verbrennungsgemisch neben einer Fläche der Platte darstellt, wobei der Behälter einen vorstehenden Rand aufweist, an dem die Innenfläche des Randes der feuerfesten Platte befestigt ist, und wobei sich ein Schlitz entlang des vorstehenden Randes erstreckt, der mit einer Vorrichtung zur Zufuhr eines nichtbrennbaren Gases verbunden ist.
21. Verfahren zum Betreiben einer gasbefeuerten Strahlungsheizvorrichtung mit einer porösen feuerfesten Platte, an deren Stirnfläche ein gasförmiges Verbrennungsgemisch verbrannt wird, wobei die Platte an ihren Rändern unter Beschreibung einer Kammer zur Zufuhr eines Verbrennungsgemischs befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß man einen schmalen Strom eines nichtbrennbaren Gases durch die Platte entlang ihrer sämtlichen Ränder hindurchleitet.
22. Verfahren gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß man als das den Austritt des Verbrennungsgases verhindernde Gas ein reduzierendes Gas verwendet.