DE69325502T2 - Heizanlage für Räume - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Strahlungsröhren- Heizanlagen, enthaltend eine üblicherweise an der Decke des zu beheizenden Raumes aufgehängte Strahlungsröhre bzw. Strahlungsleitung, einen Ventilator oder eine andere Pumpvorrichtung zur Erzeugung einer Gasströmung durch die verwendete Leitung sowie wenigstens eine fluidbetriebene Brenneranordnung, die üblicherweise mit Gas befeuert wird und bei der die Steuerung der Heißgaszuführung in die Gasströmung automatisch erfolgt. Die Leitungsoberfläche gibt dabei Strahlungswärme ab, welche üblicherweise durch in der Nähe der Leitung angebrachte Reflektoren beispielsweise nach unten ausgerichtet und konzentriert wird. Eine Anlage der beschriebenen Art wird im folgenden als "Strahlungsröhren-Heizanlage" bezeichnet.
• Beispiele von Strahlungsröhren-Heizanlagen mit bekanntem Aufbau sind in der EP 0 248 629 A und der EP 0 034 264 A beschrieben. Letztere betrifft dabei eine Anlage gemäß dem Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1, wobei ein Brennerkopf vorgesehen ist, dessen vordere bzw. stromabwärts gelegene Wand mit einer Vielzahl von als Brennerdüse dienenden Schlitzen versehen ist.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Strahlungsröhren-Heizanlage zu beschreiben, die zuverlässig und effizient betrieben werden kann und sich durch eine verbesserte Arbeitsleistung und eine erhöhte Wärmeabgabe auszeichnet.
• Die erfindungsgemäße Strahlungsröhren-Heizanlage ist durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gekennzeichnet.
• Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird der von der Düse kommende Gemischstrom wirksam auf das entfernte, der Mischeinheit abgewandte Ende des Schlitzes hin derart konzentriert, daß die Verbrennung im verstärkten Maße nahe eines Umfangsbereichs der Leitungswand auf der der Mischeinheit gegenüberliegenden Seite erfolgt, wodurch sich die Wärmeabgabe dieses Bereichs erhöht. Dabei ist der betreffende Bereich so angeordnet, daß er beispielsweise nach unten ausgerichtet bzw. den Raumabschnitten zugewandt ist, in denen am meisten Wärme benötigt wird.
• Es ist sinnvoll, die Brennerdüse mit einer beispielsweise wabenartig gestalteten Gewebeschicht zu versehen, die etwa aus ggf. gewelltem, streifenförmigem rostfreien Stahl oder anderem Metall bestehen kann und dazu dient, eine Rückfeuerung in den Brennerkopf hinein zu verhindern und ein reibungsloses, gerichtetes Ausströmen des Gemisches aus dem Brennerkopf zu unterstützen.
• Die Mischeinheit umfaßt vorzugsweise Verbindungselemente zur Zufuhr von gasförmigem Brennstoff und Verbrennungsluft zum Brennstoffmischdurchlaß des Brennerkopfes, welche an der rückseitigen, stromaufwärts gelegenen Wand des Brennstoffmischdurchlasses bzw. in deren Nähe angeordnet sind, wodurch die zum Mischen in den Brennerkopf einströmenden Gase zusätzlich in Richtung auf das entfernte Ende des Schlitzes hin konzentriert werden.
• Üblicherweise beträgt das Verhältnis der größeren zur kleineren Abmessung des Schlitzes wenigstens 2,8 : 1.
• Die Heizanlage kann natürlich eine Vielzahl von in Abständen entlang einer gemeinsamen Strahlungsleitung angeordneten Brenneranordnungen der genannten Art umfassen. Diese Anordnungen können dabei entlang einer einzigen Leitungsstrecke in Reihe angeordnet sein oder auch parallel an den Verzweigungen einer sich gabelnden Leitung eingesetzt werden. Sie lassen sich zudem je nach den speziellen Anforderungen an die jeweilige Anlage entweder gemeinsam oder in gewissem Umfang unabhängig voneinander steuern.
• Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen
• Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht eines Teils einer Heizanlage, wobei eine Brenneranordnung zu sehen ist;
• Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;
• Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 1; und
• Fig. 4 eine schematische perspektivische Unteransicht einer an der Decke montierten Raumheizanlage, welche mehrere Brenneranordnungen umfaßt.
• Bei der Strahlungsröhren-Heizanlage gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Anlage, die zur Beheizung großer Räume, etwa eines Fabrikgebäudes oder eines Veranstaltungssaals, dient. Sie weist einen im wesentlichen herkömmlichen Gesamtaufbau mit sich verzweigenden Strahlungsröhren auf, die durch Leitungen 10 mit kreisförmigem Querschnitt gebildet werden, welche an der Decke montiert, d. h. etwa auf Höhe des Dachs bzw. der Decke angeordnet und mit Reflektoren 12 versehen sind, die die abgegebene Strahlungswärme in bekannter Weise nach unten ausrichten und konzentrieren. Von Brenneranordnungen 14 in Abständen entlang jeder Verzweigung bereitgestelltes Heißgas wird mit Hilfe eines gemeinsamen, in ein Abzugsrohr 18 mündenden Entlüftungsventilators 16 durch die Leitung 10 gesaugt. Der Ventilator 16 wird in bekannter Weise automatisch gesteuert, um einen Unterdruck im Leitungssystem 10 aufrechtzuerhalten, d. h. ein Druckniveau, das unterhalb des Luftdrucks der Umgebung liegt, wobei der Gasstrom in den verschiedenen Verzweigungen zusätzlich in bekannter Weise durch (nicht dargestellte) manuell oder automatisch bediente Lüftungsklappen reguliert und ausgeglichen werden kann.
• Im folgenden wird eine Brenneranordnung 14 unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Die Brenneranordnung 14 umfaßt eine Brennstoff-/Luft-Zuführ- und Kontrolleinheit 20, welche außen am oberen Umfangsbereich der Leitung 10 angebracht ist, sowie einen Brennerkopf 22, welcher nach unten in die Leitung hinein vorsteht und im folgenden noch genauer beschrieben wird.
• Die Einheit 20 enthält ein Gehäuse 24, das eine Luftkammer 26 begrenzt und auch als Schutzumhüllung für Bestandteile der Einheit dient, wobei an einem Ende durch einen mit Leitblech versehenen Lufteinlaß 28 Luft in das Gehäuse 24 eingesaugt wird. Zusätzlich kann auch ein Luftfilter vorgesehen sein.
• Der obere Endabschnitt des Brennerkopfes 22 erstreckt sich durch eine Halteplatte 30, welche einen Teil des Bodens des Gehäuses 24 bildet und an einer mit einem Flansch versehenen Öffnung im oberen Bereich der Leitung 10 gehaltert ist. Der obere Bereich des Brennerkopfes 22 begrenzt eine Luftzuführöffnung 32, welche direkt mit der Kammer 26 in Verbindung steht und exzentrisch angeordnet ist, d. h. näher an der Rückwand 34 als an der vorderen Wand 36 des Brennerkopfes 22 liegt, wodurch die einströmende Luft zur Rückwand geleitet wird. Eine Brenngasdüse 38 mündet durch das obere Ende der Rückwand 34 ebenfalls in den oberen Bereich des Brennerkopfes 22 und steht durch ein Sicherheits-Abschlußventil 42 sowie einen Gasdruckregler 44 mit einer Brenngas-Zuführleitung 40 in Verbindung.
• Der hohle Innenraum des Brennerkopfes 22 bildet einen Brennstoffmischdurchlaß 46, wobei die Menge an zugeführter Luft und zugeführtem Brenngas jeweils so gewählt wird, daß ein brennbares Gemisch entsteht.
• Der in der Leitung 10 angeordnete untere Bereich des Brennerkopfes 22 erstreckt sich in den Strömungsweg der Gase hinein, welche in der Darstellung gemäß Fig. 1 von rechts nach links durch die Leitung 10 fließen, während der untere Teil der vorderen Wand 36 in einer zur Leitung 10 diametralen Ebene eine rechteckige Brennerdüse 48 begrenzt und in einem solchen Winkel angeordnet ist, daß er im Strömungsweg entlang der Leitung 10 in Fließrichtung zeigt.
• Die Brennerdüse 48 ist als länglicher Schlitz ausgeformt, was sich am besten der Ansicht gemäß Fig. 2 entnehmen läßt, wobei ihre Höhe, d. h. die Längsabmessung der vorderen Wand 36, wesentlich größer ist als ihre Breite. Die Düse 48 ist in der Leitung 10 mittig angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt ihre Höhe zudem etwa zwei Drittel des Leitungsdurchmessers. Das Verhältnis der Höhe der Düse zu ihrer Breite beträgt vorzugsweise wenigstens 2,8 : 1.
• Um Störungen des durch die Leitung 10 verlaufenden Gasflusses zu minimieren, wird die Gesamtbreite des Brennerkopfes 22 nur geringfügig größer gewählt als die Breite der Düse 48, während die Tiefe zwischen der vorderen Wand 46 und der Rückwand 34 bedeutend größer ist. Um ihren Strömungswiderstand zu verringern, weist die Rückwand 34 nur einen kurzen, von der Platte 30 getragenen vertikalen Bereich auf und ist anschließend so abgewinkelt, daß sie sich nach unten um etwa 45º zur unteren Fläche der Düse 48 hin neigt. Die Rückwand ist außerdem, wie in Fig. 3 dargestellt, im horizontalen Querschnitt V-förmig gestaltet, so daß ihre Außenseiten einen spitzen Winkel bilden, dessen Spitze stromaufwärts zum Strömungsweg ausgerichtet ist.
• Das durch den Brennerkopfdurchlaß 46 nach unten strömende Gasgemisch, das bereits durch die exzentrische Anordnung der Luftzuführöffnung 32 etwas zur Rückwand 34 hin konzentriert wurde, konzentriert sich zusätzlich nach unten hin, während es am winkligen Bereich der Rückwand entlangströmt und zum Verlassen des vertikalen Schlitzes 48 seine Richtung um 90º ändert, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit beim Ausströmen am entfernten, unteren Bereich der Düse 48 größer als am oberen Be reich ist. Das herausströmende Gasgemisch wird in der Leitung 10 direkt stromabwärts von der Gewebeschicht 50 fortlaufend verbrannt, wobei die Gewebeschicht dazu dient, eine reibungslose, gleichbleibende Feuerung zu erzielen und ein Rückbrennen in den Mischdurchgang 46 hinein zu verhindern. Aufgrund der beschriebenen Strömungsverteilung im den Brennerkopf 22 verlassenden Gemisch konzentriert sich die entstehende Flamme in einem unteren Bereich der Leitung 10, wie dies in Fig. 1 bei 51 schematisch angedeutet ist, wodurch in einem untersten Bereich der Umfangswand der Leitung die maximale Heizwirkung auftritt. Dies trägt wesentlich dazu bei, die erzeugte Strahlungswärme nach unten auf den Raumbereich hin zu konzentrieren, in dem sie am meisten benötigt wird, wodurch sich Wirkungsgrad und Arbeitsleistung erhöhen. Die Ausrichtung und Konzentration der Strahlungswärme nach unten wird durch die Wirkung der Reflektoren 12 noch unterstützt.
• An der Platte 30 sind auch eine herkömmliche Zündvorrichtung 52 zur Auslösung der Verbrennung des Gemisches beim Anfahren der Anlage sowie eine herkömmliche Zündmeldeelektrode 54 angebracht, die beim Ausbleiben einer Zündung mit dem Sicherheits-Abschlußventil 42 zusammenwirkt, um die Brenngaszufuhr zu beenden, wobei diese Kontrollelemente mit einem elektrischen Modul 56 der Brenneranordnung in bekannter Weise verbunden sind.
• Beim Betrieb des Brennerkopfes herrscht im Gemischdurchlaß 46 üblicherweise ein Unterdruck von wenigstens 2 mbar. Außerdem wird die gesamte zur Verbrennung des Brenngases benötigte Luft in diesem Durchlaß zugemischt, ehe das Gemisch die Brennerdüse 48 verläßt. Durch die Anordnung der wabenartigen Gewebeschicht 50 in der Düse werden Wirkungsgrad und Arbeitsleistung im Vergleich zu in einigen bekannten Anlagen verwendeten Mehrschlitz-Brennerdüseneinsätzen aus Keramik noch weiter erhöht.
• Darüber hinaus trägt auch die auf eine Verringerung des Strömungswiderstands gegen die Gasströmung in der Strahlungsleitung 10 hin ausgelegte Form des Brennerkopfes zur Erhöhung des Wirkungsgrades und der Arbeitsleistung bei. Die dabei erzielte Reduzierung des Druckabfalls ermöglicht es, eine größere Anzahl an Brenneranordnungen an einer bestimmten Leitungsstrecke zu betreiben, um so, falls nötig, die Wärmeleistung zu erhöhen. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist es hierbei auch möglich, unter Verwendung eines einzigen Ventilators bzw. einer einzigen Pumpvorrichtung und eines einzigen Abzugsrohrs einen größeren Bereich durch eine herkömmlich gestaltete Leitungsstrecke zu beheizen oder - ggf. auch zusätzlich - bei gleichbleibendem Wirkungsgrad eine Pumpvorrichtung bzw. einen Ventilator geringerer Leistung für eine Heizanlage einzusetzen, wodurch das System geräuschärmer arbeitet und die Schallisolierung verringert werden kann.

Claims (9)

1. Strahlungsröhren-Heizanlage, enthaltend eine Strahlungsleitung (10), einen Ventilator bzw. eine andere Pumpvorrichtung (16) zur Erzeugung einer Gasströmung durch die Leitung sowie wenigstens eine Brenneranordnung (14), die einen sich von einer Kontroll- und Brennstoffmischeinheit (20) der Anordnung seitlich ins Innere der Strahlungsleitung (10) in den durch diese Leitung verlaufenden Strömungsweg hinein erstreckenden Brennerkopf (22) enthält, der einen Brennstoffmischdurchlaß (46) begrenzt, welcher zu einer Brennerdüse (48) führt, die von einer vorderen Wand (36) des Brennerkopfes begrenzt wird, welche in einem solchen Winkel angeordnet ist, daß sie stromabwärts zum Strömungsweg ausgerichtet ist, so daß das Gemisch im Betriebszustand zur Verbrennung in die Leitung direkt stromabwärts vom Brennerkopf in Strömungsrichtung eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerdüse als einzelner länglicher Schlitz ausgebildet ist, über dessen gesamte Fläche hinweg im Betriebszustand keine nennenswerten Hindernisse gegen das Ausströmen des Gemisches durch die Düse vorhanden sind, wobei die Düse längs zum Brennerkopf in der Richtung, in der sie sich in die Leitung hinein erstreckt, eine große Abmessung und quer zum Brennerkopf in einer senkrecht zur Achse des Strömungswegs verlaufenden Ebene eine kleine Abmessung aufweist, sowie dadurch, daß die Gesamtbreite des Brennerkopfes in der Leitung wenig größer ist als die kleinere Abmessung des Schlitzes, so daß die Gasströmung durch die Leitung vom Brennerkopf nur minimal gestört wird.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerdüse (48) innerhalb des Schlitzes eine wabenartige oder anders gestaltete Gewebeschicht (50) aufweist, die aus gewelltem oder anderes geformten Metallstreifen besteht, welche seitlich zur Ausströmrichtung durch den Schlitz angeordnet sind, um eine Rückfeuerung in den Brennerkopf hinein zu verhindern und ein reibungsloses, gerichtetes Ausströmen des Gemisches aus dem Brennerkopf sicherzustellen.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und die größere Abmessung des Schlitzes etwa zwei Drittel des Leitungsdurchmessers abdeckt.

4. Anlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schlitz das Verhältnis der größeren Abmessung zur kleineren Abmessung wenigstens 2,8 : 1 beträgt.

5. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein beträchtlicher Teil der Rückwand (34) des Brennerkopfes (22) in einem solchen Winkel ausgerichtet ist, daß dieser Teil an seinem der Einheit (20) fernen Ende zur Kante der Brennerdüse (48) hin konvergiert.

6. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Rückwand (34) des Brennerkopfes (22) einen V-förmigen Querschnitt aufweist, wodurch ihre Außenseiten einen spitzen Winkel bilden, dessen Spitze stromaufwärts zum Strömungsweg ausgerichtet ist.

7. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine direkt von einer Luftkammer (26) der Einheit kommende Luftzuführöffnung (32) des Brennerkopfes (22) an einer Stelle vorgesehen ist, die sich näher an der Rückwand (34) des Brennerkopfes als an dessen vorderer Wand (36) befindet, wodurch die einströmende Luft zur Rückwand hin konzentriert wird.

8. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Strahlungsröhre bzw. -leitung (10) im Betriebszustand im zu beheizenden Raum aufgehängt bzw. an der Decke angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenneranordnung (14) so befestigt ist, daß der Brennerkopf (22) sich von der Einheit (20) derart nach unten erstreckt, daß er zum unteren Teil der Leitungswand hin vorsteht, wodurch im Betriebszustand eine konzentrierte Strahlungswärmeabgabe vom unteren Bereich der Leitung aus erfolgt.

9. Heizanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Brenneranordnungen (14) wirksam in bestimmten Abständen zueinander entlang einer gemeinsamen, verzweigten bzw. in anderer Weise gestalteten Strahlungsröhre bzw. -leitung (10) derart angeordnet ist, daß die Brenneranordnungen dabei in Reihe und/oder parallel zueinander zum Einsatz kommen.