DE3781033T2

DE3781033T2 - Raumheizgeraet.

Info

Publication number: DE3781033T2
Application number: DE8787304845T
Authority: DE
Inventors: John Edward Fletcher; William Yale
Original assignee: Ambi Rad Ltd
Current assignee: Nortek Global HVAC UK Ltd
Priority date: 1986-06-04
Filing date: 1987-06-02
Publication date: 1993-03-04
Anticipated expiration: 2007-06-03
Also published as: ES2035057T3; EP0248629A3; DE3781033D1; US4869230A; EP0248629A2; EP0248629B1

Description

Die Erfindung betrifft im wesentlichen Raumheizgeräte der Art, die unter Strahlungsrohr-Heizungen bekannt sind, enthaltend ein U-förmiges oder andersartig gestaltetes Rohr, das im Betriebszustand einen Strom heißen Gases aus einem üblicherweise gasgespeisten Brenner am stromoberseitigen Ende des Rohrs führt, wobei dieser Strom durch einen Ventilator oder eine andere strömungserzeugende Einrichtung erzeugt wird, die üblicherweise am stromabseitigen Ende des Rohrs angeordnet ist und Luft durch Luftzufuhreinrichtungen einsaugt, um Verbrennungsluft einer Verbrennungskammer des Brenners zuzuführen; die Raumheizwirkung wird dabei im wesentlichen durch Abstrahlung von den Rohrwänden erzeugt, wobei die Raumheizwirkung mittels eines an das Rohr angrenzenden Reflektors in eine Richtung, etwa nach unten, gelenkt werden kann, wo das Gerät in einem oberen Bereich eines Zimmers oder anderen zu erhitzenden Raumes aufgehängt ist. Diese Geräte werden nachfolgend als "Strahlungsrohr-Heizeinrichtungen" beschrieben.
Ein Beispiel einer Strahlungsrohr-Heizeinrichtung ist aus FR-A-2560359 bekannt. Ein Brennerkopf kann vorzugsweise mit einer etwa aus GB-A-892067 bekannten, die Flamme stabilisierenden Matrix versehen sein.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Strahlungsrohr-Heizeinrichtung zu entwickeln, die im Betriebszustand besonders geräuscharm und dabei wirtschaftlich und wirksam sowohl in der Herstellung als auch im Betrieb sowie verläßlich und sicher in der Anwendung ist. Eine weitere Aufgabe ist es, einen sicheren, wirtschaftlichen und langlebigen Konstruktionsaufbau dieser Heizgeräte zu entwickeln.
Erfindungsgemäß ist eine Strahlungsrohr-Heizeinrichtung gemaß Anspruch 1 der beigefügten Ansprüche vorgesehen.
Ein Beispiel der Erfindung ist mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung ausführlich dargestellt. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht einer Brennereinrichtung;
Fig. 2 eine Seitenansicht hiervon;
Fig. 3 ein Horizontalschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2;
Fig. 4 eine Perspektivansicht eines Brennerkopfes der Einrichtung;
Fig. 5 ein Vertikalschnitt eines äußeren Endes dieses Kopfes;
Fig. 6 eine Stirnansicht hiervon;
Fig. 7 eine Perspektivansicht eines Streifenmaterials, das eine Matrix des Kopfes bildet;
Fig. 8 eine schematische Aufsicht auf ein Strahlungsrohr-Heizgerat, enthaltend die Brennereinrichtung;
Fig. 9 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Teils eines Strahlungsrohrs des Heizgeräts; und
Fig. 10 eine Perspektivansicht eines in einem Herstellungsstadium befindlichen Einsatzes für dieses Rohr.
Die Strahlungsrohr-Heizeinrichtung dieses Beispiels enthalt ein U-förmiges Strahlungsrohr 10 (Fig. 8) mit einer Brennereinrichtung 12 am stromoberseitigen Ende und einen strömungserzeugenden Absaugventilator 14 am stromabseitigen Ende.
Die Einrichtung 12 enthält neben einem, automatische Zünd-, Steuer- und Sicherheitskontrollen umfassenden Steuerabschnitt 16 von im wesentlichen herkömmlicher Bauweise ferner einen Verbrennungskammerabschnitt 18, der nachfolgend eingehend mit Bezug auf die Fig. 1 bis 3 erläutert wird.
Abschnitt 18 ist ein gehäuseartiges Gebilde, das eine Verbrennungskammer 20 bildet, die teilweise durch eine L-förmige Innenwand 22 mit einer glatt gekrümmten Ecke 23 gebildet wird.
Ein Auslaß 24 in der vorderseitigen Wand der Kammer 22 bildet eine Verbindung mit dem stromoberseitigen Ende des Rohrs 10. In axialer Verlängerung und mit Abstand zu der Rückseite dieses Auslasses ist ein Brennerkopf 26 angeordnet, der nachfolgend ausführlich beschrieben wird und in die Kammer 23 durch die Trennwand 28 zwischen den Abschnitten 16 und 18 hineinragt.
Eine Luftzufuhrvorrichtung der Einrichtung enthält eine L-förmige Stabilisierungskammer 32, die zwischen der Innenwand 22, der Rückwand 28 und einer Seitenwand des Abschnitts 18 gebildet wird, wobei Luft in diese Kammer durch den Betrieb des Ventilators 14 über eine begrenzte Lufteinlaß-Öffnung 34 in der Stirnwand des Abschnittes 18 gezogen wird. Eine (nicht in Fig. 1 dargestellte) Sperre 36 schützt die Außenseite der Öffnung 34.
Die Begrenzung des Luftstromes aufgrund der Abmessungen der Sperre 34 stellt sicher, daß in der Brennereinrichtung ein gewisser Unterdruck herrscht, wenn der Ventilator 14 bei normalem, unbehindertem Strom durch das Rohr 10 arbeitet, und ein (nicht dargestellter) Vakuumsensor herkömmlicher Bauweise arbeitet, um den Betrieb des Brenners zu verhindern oder abzusperren, sofern kein derartiger Unterdruck erhalten wird, etwa aufgrund einer Blockierung oder eines Fehlers im Ventilator 14. Bei vielen herkömmlichen Brennereinrichtungen dieses Typs ist jedoch der Betrieb ungebührlich geräuschintensiv aufgrund der durch die begrenzte Öffnung bedingten Turbulenzen und aufgrund von Verengungen und Unregelmäßigkeiten im Luftweg von der Öffnung zur Verbrennungskammer. Übermäßige Geräuschentwicklungen sind störend und unangenehm und haben in der Vergangenheit die Verwendung dieser Heizungsart in bestimmten Gebäuden, wie etwa in Sälen für öffentliche Versammlungen und soziale Funktionen sowie in Kirchen und anderen Kongregationshallen, ausgeschlossen.
Die Gestaltung der Stabilisierungskammer 32 gestattet ein Glätten und Verlangsamen auf eine niedrigere Strömungsgeschwindigkeit des durch die Öffnung 34 gelangenden Luftstromes. Der Luftstrom wird anschließend um die gekrümmte Ecke 23 der Wand 22 geführt, ohne die Richtung abrupt zu ändern, und gelangt in die Verbrennungskammer 20 durch eine einen großen Durchmesser aufweisende, zylindrische Hülse 38, die zum Brennerkopf 26 koaxial und diesen umfassend angeordnet ist, wobei das innere Ende der Hülse 38 in die Wand 22 über eine gekrümmte Kante übergeht. Auf diese Weise entsteht ein glatter Übergang der Luftströmung in die Kammer 20 und die Luftströmung wird längs des Brennerkopfes 26 axial zu diesem in einer gleichmäßigen Strömung längs und in den Kopf geführt, so daß dort ein sanftes, laminares Vermengen mit dem Gastreibstoff erfolgt und die Geräuschentwicklung in den Misch- und Verbrennungsbereichen weiterhin erheblich reduziert wird.
Der wirksame und geräuscharme Betrieb des Brennerkopfes 26 wird weiterhin durch seine Bauweise abgesichert, was nachfolgend ausführlich unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 7 erläutert wird. Ein rohrartiges, das auslaßseitige Ende des Kopfes 26 bildendes Gehäuse ist mit einer Matrix 40 versehen, die aus rostfreiem Streifenmaterial gebildet wird. In diesem Beispiel finden 10 mm breite, flache und gewellte Streifen 42 bzw. 43 (Fig. 7), die in wechselnden Schichten verwunden sind, Verwendung, um eine bienenwabenartige Scheibe zu bilden, die eine große Anzahl an Durchgangsöffnungen von erheblicher Axiallange (in diesem Fall 10 mm) aufweist.
Die Matrix ist im Kopf 26 mittels eines Paares von Preßsitz-Spinnen 44, 45 angeordnet, die auf der Vorder- und Rückseite jeweils einen äußeren Ring, der einen Preßsitz innerhalb der zylindrischen Hülse des Kopfes 26 bildet, einen diametral verlaufenden Querriegel sowie eine Mittelnabe enthalten, die den Mittelpunkt der Matrix 40 zu deren axialer Anordnung berührt.
Die Matrix 40 glättet den Ausfluß des Gas/Luftgemisches vom Kopf 26 und stabilisiert die Verbrennung am äußeren Ende des Kopfes und darüberhinaus auch in der Verbrennungskammer, wodurch eine weitere erhebliche Geräuschreduzierung und ein wirksamer und sicherer Betrieb sichergestellt wird. Jede Tendenz der Flamme, in den Kopf "zurückzuschlagen", wird durch das von der Matrix bewirkte Kühlen und Ablöschen verhindert, wenngleich die Durchgangskanäle der Matrix von beachtlicher Größe sind (verglichen mit den Maschen- oder Drahtgeflechten, die in verschiedenen Anmeldungen zum Verhindern des Zurückschlagens Verwendung finden), wodurch eine Blockierung oder ein ungenauer Betrieb unwahrscheinlicher ist. Die Matrix ist ferner stärker und langlebiger als Maschen- oder Drahtgeflechte, sie kann leicht zu ggf. notwendigen Reinigungszwecken oder zum Austausch entfernt werden und sie ist in der Herstellung einfach und wirtschaftlich.
Zur Erzielung einer maximalen Heizwirkung ist es erforderlich, daß eine gute Wärmeübertragung vom Gasstrom auf die Wände des U-förmigen Rohrs 10 zur Abstrahlung von letzterem gewährleistet wird.
Um diese Wärmeübertragung zu verbessern, insbesondere im stromabseitigen Teil des Rohrs, wird vorzugsweise ein spiralförmiger Turbulator oder Einsatz 50 in einem Bereich des Rohrs 10 eingesetzt, wie dies am besten aus Fig. 9 ersichtlich ist.
Der Einsatz 50 wird aus einem Streifen 52 aus einem Metallbogen, beispielsweise aus rostfreiem Stahl von 0,3 mm Starke, gebildet, wobei der Streifen eine Breite aufweist, die geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Rohrs 10, beispielsweise 70 mm Breite bei Verwendung des Streifens in einem Rohr mit 75 mm Innendurchmesser.
Der Streifen wird durch seine Bewegung durch ein Paar von Rollen mit ineinandergreifenden Zähnen gewellt, um über seine Gesamtlange verlaufende Wellen aufzuweisen. Dies ist ein sehr einfaches Verfahren, das lediglich ein Verbiegen des dünnen Metalls erfordert, ohne ein tatsächliches Strecken oder anderes Verformen vorauszusetzen. Die Axiallänge der Rollen kann im übrigen viele unterschiedliche Streifenbreiten aufnehmen, um die Einsätze für Rohre verschiedenen Durchmessers zu fertigen. Die Wellenlänge kann beispielsweise 12 mm und die Wellensohle bis zur Scheitelhohe 4 mm bei 70 mm breiten Streifen betragen.
Dieser Abschnitt der Herstellung ist in Fig. 10 dargestellt. Der auf diese Weise geformte Streifen kann ohne weiteres als Rolle bis zu seiner Verwendung gelagert oder transportiert werden.
Die Wellen 54 ermöglichen es, daß der Streifen 52 ohne weiteres um eine Längsachse gewunden werden kann, um eine Spirale zu bilden. Der Grad der Drehungen des Streifens kann selbstverständlich den Bedürfnissen entsprechend variiert werden. Dieser Verfahrensschritt kann ohne weiteres von Hand oder unter Verwendung einfacher Werkzeuge vor oder beim Einführen des Streifens in das Rohr 10 durchgeführt werden. Sofern ein Einsatz im Rohr an einem begrenzten Ort positioniert werden soll, beispielsweise wenn ein langer Einsatz in einem Rohr angeordnet werden soll, wo eine begrenzte Öffnung am Rohrmund vorliegt, so wird die Biegsamkeit des Streifens vor und während des Verwindens von besonderem Vorteil sein. Es besteht auch die Möglichkeit, den Streifen um eine Krümmung im Rohr zu führen, während die Verwindung gebildet wird.
Beim Formen einer Spirale in einem flachen Metallstreifen müssen die äußeren Kanten des Streifens relativ zum mittleren Bereich gestreckt werden, was Spezialwerkzeuge und -verfahren gleichfalls stärkeres Material erfordert, das, ohne zu zerreißen, gestreckt werden kann.
Auf der anderen Seite gestatten es die Wellen 54 des Streifens 52, daß die äußeren Kanten in Längsrichtung relativ zum mittleren Bereich ohne Schwierigkeiten gestreckt werden können. Die durch die seitlichen Wellen bewirkte Steifigkeit erleichtert im übrigen ein einfaches und gleichmäßiges Verwinden. Üblicherweise wird der Streifen 52 in einem Grad von 250 bis 350 mm bei Verwendung eines 70 mm breiten Streifens verwunden.
Die Wellen 54 steigern sowohl in geringem Umfang die Gasturbulenzen in dem vom Einsatz 50 ausgefüllten Bereich des Rohres 10 als auch den verbesserten Wärmeübergang, der durch das Entlangstreichen der spiralförmigen Gasströmung an der Wand des Rohr 10 aufgrund der schraubenförmigen Gestalt des Einsatzes 50 erzeugt wird. Der den Gasen beim Verlassen des stromabseitigen Endes des Einsatzes 50 zugeführte Verwindungsimpuls führt dieses Entlangstreichen fort, wodurch ein zunehmender Wärmeübergang in stromabseitig des Einsatzes liegenden Bereichen des Rohrs erfolgt, was wiederum die Wirksamkeit des Betriebs steigert.
Wie bei den die Matrix 40 des Brennerkopfes 36 bildenden Streifen 42 und 43 stellt die Verwendung von dünnem Streifenmaterial eine beachtliche Materialeinsparung (beispielsweise im Hinblick auf teuere korrosions- und wärmebeständige, rostfreie Stahlarten) sowie eine mögliche Gewichtsreduzierung dar und ist wirtschaftlich in der Verarbeitung günstig.

Claims

1. Heizeinrichtung, enthaltend:

a) ein Strahlungsrohr (10) zur Förderung eines Heißgasstromes zur Raumheizung durch Strahlung vom Rohr;

b) eine auf der Gasabströmseite des Rohrs vorgesehene Einrichtung (14) zur Erzeugung eines Gasstromes in Längsrichtung des Rohrs;

c) einen Brennerkopf (26), der eine die Flamme stabilisierende Matrix (40) an seiner Mündung aufweist, die eine Anzahl von Durchtrittskanälen von beachtlicher Länge aufweist, die die Verbrennung am stromabseitigen Ende des Kopfes stabilisiert, dagegen ein Zurückschlagen der Flamme in das Innere des Kopfes begrenzt;

d) eine den Brennerkopf umgebende Brennkammer (20), die einen Auslaß (24), der mit dem Rohr stromaufwärts gegenüber der Erzeugungseinrichtung in Funktionsverbindung steht, sowie ferner einen Einlaß aufweist, der in Koaxialverbindung mit dem Kopf angeordnet ist und Verbrennungsluft axial längs des Kopfes und diesen umfassend leitet;

e) eine gegenüber dem Brennerkopf stromaufwärts angeordnete Luftzufuhreinrichtung, die den Einlaß der Brennkammer mit Verbrennungsluft versorgt und eine Stabilisierungskammer (32) enthalt, die eine begrenzte Einlaßöffnung (34) aufweist; und

f) einen Vakuumsensor zur Überwachung des Unterdrucks innerhalb der Luftzufuhreinrichtung, um festzustellen, daß im Einsatz eine korrekt erzeugte Strömung längs der Röhre aufrechterhalten wird;

dadurch gekennzeichnet, daß

- der Einlaß der Brennkammer als eine Hülse (38) ausgebildet ist, enthaltend ein stromabwärtiges Ende innerhalb der Brennkammer, den Brennerkopf umfassend, um Verbrennungsluft gleichmäßig axial längs des Kopfes und diesen umfassend in glattem Strömungsweg mit geringer Einschnürung oder abruptem Richtungsänderung zu leiten, sowie ein inneres Ende, das glatt in eine Innenwand (22) ausläuft, die die Brennkammer und die Stabilisierungskammer voneinander trennt,

- und daß die Stabilisierungskammer L-förmig gestaltet ist, wobei die Innenwand glatt gekrümmt ist, so daß sie sich längs einer Seite der letzteren Kammer erstreckt, wobei die Einlaßöffnung und die Hülse mit Abstand und im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Stabilisierungskammer im Betrieb die Richtung nicht abrupt ändert und die Strömung der Verbrennungsluft zur Dämpfung von Turbulenzen in der Strömungsluft glättet, die hindurchgezogen wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Flamme stabilisierende Matrix Windungen (42, 43) aus Streifenmaterial enthält, die so angeordnet sind, daß sie die Anzahl von Durchtrittskanälen bilden.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen abwechselnd schichtweise aus wellenförmigem Streifenmaterial (43) und flachem Streifenmaterial (42) bestehen.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Streifenmaterial rostfreier Stahl oder anderes Metall ist.

5. Einrichtung nach jedwedem vorangegangenem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlungsrohr (10) einen die Strömung beeinflussenden Einsatz (50) enthält.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (50) wenigstens teilweise aus einem Längsstreifen (43; 52) aus bogenförmigem Material gefertigt wird, das querverlaufende Riffelungen aufweist und gewickelt oder verdreht wird, um eine Wendel oder eine Spirale innerhalb des Rohrs (10) zu bilden.