EP1476696A1 - Als flächenstrahler ausgebildeter infrarot-strahler - Google Patents

Als flächenstrahler ausgebildeter infrarot-strahler

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Publication number
EP1476696A1
EP1476696A1 EP03708022A EP03708022A EP1476696A1 EP 1476696 A1 EP1476696 A1 EP 1476696A1 EP 03708022 A EP03708022 A EP 03708022A EP 03708022 A EP03708022 A EP 03708022A EP 1476696 A1 EP1476696 A1 EP 1476696A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
infrared radiator
radiator according
channels
combustion chamber
nozzles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03708022A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Richard Aust
Juan Paniagua
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Paper Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10222452A external-priority patent/DE10222452A1/de
Application filed by Voith Paper Patent GmbH filed Critical Voith Paper Patent GmbH
Publication of EP1476696A1 publication Critical patent/EP1476696A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/12—Radiant burners
    • F23D14/14—Radiant burners using screens or perforated plates
    • F23D14/147—Radiant burners using screens or perforated plates with perforated plates as radiation intensifying means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/12—Radiant burners
    • F23D14/14—Radiant burners using screens or perforated plates
    • F23D14/145—Radiant burners using screens or perforated plates combustion being stabilised at a screen or a perforated plate
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2203/00—Gaseous fuel burners
    • F23D2203/10—Flame diffusing means
    • F23D2203/102—Flame diffusing means using perforated plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2212/00—Burner material specifications
    • F23D2212/10—Burner material specifications ceramic

Definitions

  • Infrared heater designed as a surface heater
  • the invention relates to an infrared radiator designed as a surface radiator with a combustion chamber which is delimited on the one hand by a gas-permeable barrier and on the other hand by a radiator, the radiator containing a plurality of channels and emitting infrared radiation on its front surface.
  • Infrared emitters designed as surface emitters are known to be used in dryer systems which are used to dry sheet-like materials, for example paper or cardboard sheets. Depending on the width of the web to be dried and the desired heating output, the required number of emitters with aligned radiation surfaces is put together to form a drying unit.
  • FIG. 8 The basic structure of an individual generic infrared radiator is shown in FIG. 8 and described, for example, in DE 199 01 145-A1.
  • the fuel / air mixture required for the operation of the radiator is fed to the radiator through an opening (a) in the housing (b) and first reaches a distribution chamber
  • the main task of the barrier (d) is to separate the combustion chamber (e) in which the gas is burned from the distribution chamber (c), in which the unburned gas mixture is located, so that no flashback occurs from the combustion chamber (e) after
  • the barrier (d) is sensibly designed so that the best possible heat transfer of the hot combustion exhaust gases to the radiation-emitting solid body, i.e. the surface of the barrier (d) itself, possibly the walls of the combustion chamber (e) and the actual one Radiant body (f) is prepared.
  • a further generic infrared radiator is known from US Pat. No. 3,751, 213, in which the radiating body consists of a honeycomb body with through holes for removing the combustion gases.
  • the barrier ("gas injection block") is designed as a perforated ceramic plate.
  • the main advantage of the honeycomb body described in the patent is that the holes contained therein act as black emitters if their length / diameter ratio exceeds 5.
  • the openings in the blasting body must have a certain minimum area in order to ensure rapid ignition of the gas-lifting infrared emitters of the drying unit.
  • the minimum diameter is approx. 4 mm. Given the specified length / diameter ratio, this requirement results in a minimum height of the honeycomb structure of 20 mm and thus a comparatively large mass to be heated.
  • the relatively large openings in the radiator which are required to ignite the radiator, lead to relatively low gas velocities and thus to a comparatively poor convective heat transfer from the combustion exhaust gases to the radiator.
  • no material is currently known that enables the construction of a barrier in the form described in US Pat. No. 3,751,213 and at the same time withstands the very high combustion chamber temperatures which are typical for this construction for a long time.
  • the invention is therefore based on the object of providing a generic infrared radiator which has improved convective heat transfer with a long service life.
  • the barrier consists of a single nozzle plate and the channels of the jet body on the combustion chamber side are closed at least in the area of the outlet openings of the nozzles, thereby forming baffles against which the outlet openings of the nozzles are directed.
  • the nozzles as through openings result in a high exit speed, which is the basis for efficient, convective heat transfer.
  • the baffles prevent the flame from forming due to the high speed only within the radiator and thus there is insufficient heat transfer to it.
  • the baffles in connection with the nozzle field of the nozzle plate result in maximum convective heat transfer.
  • FIG. 1 shows a cross section through the structure of an infrared radiator according to the invention
  • FIG. 2 shows a plan view of the combustion chamber side of the radiator body according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a cross section through the radiant body according to FIG. 2,
  • FIG. 4 and FIG. 5 each show a top view of the firebox side of two other embodiments of a radiator
  • FIG. 6 and FIG. 7 each show a view of the radiating front side of radiators made up of individual strips
  • FIG. 8 shows a cross-section of the basic structure of an emitter housing.
  • the infrared radiators according to the invention are preferably heated with gas, alternatively heating with a liquid fuel as the heating fluid is possible.
  • each radiator contains a mixing tube 1, into which a mixing nozzle 2 is screwed at one end.
  • a gas supply line 3 is connected to the mixing nozzle 2 and is connected to a manifold 4 from which a plurality of radiators arranged next to one another are supplied with gas 5.
  • the supply of air 6 takes place via a hollow cross member 7, to which the mixing tube 1 is attached.
  • the connecting line 8 for the air supply opens into the upper part of the mixing tube 1 into a downwardly open air chamber 9 comprising the outlet end of the mixing nozzle 2, so that a gas-air mixture is introduced into the mixing space 10 of the mixing tube 1 from above.
  • a housing 11 is fastened, in which a nozzle plate 12 is arranged as a barrier.
  • the nozzle plate 12 is made of a heat-resistant metal and contains a series of tubular nozzles 29, which are also made of metal.
  • the nozzles 29 open into a combustion chamber 14 which is delimited on the one hand by the nozzle plate 12 and on the other hand by a jet body 15 which is arranged essentially parallel to it and at a distance. Flames form in the combustion chamber 14, which heat the radiant body 15 from the rear, so that it emits infrared radiation.
  • the nozzles 29 are embedded in a vacuum-shaped plate 30, which is formed from high-temperature-resistant ceramic fibers. Alternatively, the plate can be replaced with several layers of ceramic paper.
  • the plate 30 acts as an insulating layer for the nozzle plate 12 and thus, apart from flashbacks, prevents it from being damaged by the high temperatures in the combustion chamber 14.
  • This combined construction consisting of a metallic nozzle plate and ceramic fiber insulation, is much more resistant to cracking than the known perforated ceramic plates, which are often used as a barrier.
  • the diameter of a nozzle 29 is 1.5-4 mm, the nozzle plate 12 containing approximately 1500-2500 nozzles 29 per m 2 of its area.
  • the mixing tube 1 opens into a distribution chamber 17 sealed by a hood 16, which is closed at the other end by the nozzle plate 12. So that the gas-air mixture is evenly distributed on the back of the nozzle plate 12, a baffle plate 18 is arranged in the distribution chamber 17, against which the supplied mixture flows.
  • the nozzle plate 12 is fitted in the housing 11 in circumferential, fire-proof seals 19.
  • the radiator 15 hangs in a circumferential refractory frame 20 which is attached to the housing 11 or is part of it and, together with the seals 19, seals the combustion chamber 14 laterally in a gastight manner.
  • the radiant body 15 is made of ceramic or another highly heat-resistant material. It is preferably made from a suitable SiC modification or a material which contains more than 50% by weight of a metal silicide as the main component. Molybdenum disilicide (MoSi 2 ) or tungsten disilicide (WSi 2 ) are preferably used as metal silicides. Silicon oxide (SiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ) or silicon carbide (SiC) are preferably contained as further constituents. These materials are extremely temperature-resistant and stable, so that the heater - if necessary - with flame temperatures of more than 1700 ° C up to 1850 ° C can be operated.
  • the material Compared to an alloy which is also resistant to high temperatures and which consists exclusively of metals (for example a metallic heat conductor alloy), the material has the further advantage that almost no scaling occurs.
  • a flame temperature slightly below the maximum possible temperature of the radiator body 15 for example between 1100 ° C and 1400 ° C, whereby the formation of thermal NO x is kept within an acceptable range.
  • the radiant body contains a multiplicity of channels 21 which, as shown in FIGS. 1 and 3, extend outward from the combustion chamber 14.
  • the channels 21 are heated on the rear side of the jet body 15 which delimits the combustion chamber 14.
  • the channels 21 are open at the front of the radiating body 15, where they emit the infrared radiation.
  • the cross section of the tubular channels 21 is preferably either circular or in the form of a regular polygon, for example the channels 21 are arranged side by side in a honeycomb shape.
  • the channels 21 of the jet body on the combustion chamber side are closed at least in the area of the outlet openings of the nozzles 29.
  • Baffles 22 are thus formed, against which outlet openings of the nozzles 29 are directed.
  • the baffles 22 ensure that the flames already form in the combustion chamber 14 and not only within the channels 21. This results in maximum convective heat transfer.
  • FIGS. 2 to 5 show different embodiments of a blasting body 15 made from a block.
  • the channels 21 in the region of the outlet openings of the nozzles 29 are closed.
  • strip-shaped (FIG. 2, FIG. 4) or circular (FIG. 5) plates 24 are applied or incorporated into the surface of the blasting body 15 in the corresponding areas.
  • the plates preferably consist of the same refractory material from which the rest of the blasting body 15 is made. So it is possible at Manufacture of the jet body 15 from a uniform material in the corresponding areas to design the channels 21 closed.
  • the jet body 15 is constructed from individual, bar-shaped elements 25 arranged next to one another, each of which is fastened in the frame 20 with its ends.
  • Each of the elements 25 contains a plurality of channels 21 which are closed in the manner described above on the combustion chamber side and are open on the front side of the radiator shown in FIGS. 6 and 7. Between the individual elements 25 there are openings 23 which allow the combustion exhaust gases to be removed from the combustion chamber 14.
  • narrow slots are present as openings 23 between the individual elements 25. At least one slot 23 a of the radiator is made wider so that the radiator can be ignited from the outside. For this purpose, the clear width of the slot 23 a is at least 4 mm.
  • a further bar-shaped element 26 is arranged between two bar-shaped elements 25, which has continuous channels 27 with an enlarged cross-section.
  • the combustion exhaust gases are discharged from the combustion chamber 14 through the continuous channels 27.
  • the diameter of the channels 27 is at least 4 mm, so that the radiator can also be ignited through these channels 27 from the outside.
  • the channels 21 of the elements 25 have a considerably smaller diameter. They are closed on the firebox side in the manner described above.
  • the infrared emitters according to the invention are particularly suitable for drying sheet-like materials at high web speeds.
  • a preferred area of application is the drying of running cardboard or paper webs in paper factories, for example behind coating devices.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen als Flächenstrahler ausgebildeter Infrarot-Strahler mit einem Feuerraum (14), der einerseits von einer gasdurchlässigen Barriere, andererseits von einem Strahlkörper (15) begrenzt wird, wobei der Strahlkörper eine Vielzahl von Kanälen (21)enthält und an seiner Vorderfläche Infrarotstrahlung abgibt. Davon ausgehend soll ein verbesserter konvektiver Wärmeübergang bei hohen Standzeiten dadurch erreicht werden, dass die Barriere aus einer einzelne Düsen (29) aufweisende Düsenplatte (12) besteht und die Kanäle (21) des Strahlkörpers (15) an der Feuerraumseite zumindest im Bereich der Austrittsöffnungen der Düsen (29) geschlossen sind, wodurch Prallflächen (22) gebildet werden, gegen die die Austrittsöffnungen der Düsen (29) gerichtet sind.

Description

Als Flächenstrahler ausgebildeter Infrarot-Strahler
Die Erfindung betrifft einen als Flächenstrahler ausgebildeten Infrarot-Strahler mit einem Feuerraum, der einerseits von einer gasdurchlässigen Barriere, andererseits von einem Strahlkörper begrenzt wird, wobei der Strahlkörper eine Vielzahl von Kanälen enthält und an seiner Vorderfläche Infrarotstrahlung abgibt.
Als Flächenstrahler ausgebildete Infrarot-Strahler werden bekannterweise in Trocknersystemen eingesetzt, die zum Trocknen bahnförmiger Materialien, beispielsweise Papier- oder Kartonbahnen, dienen. In Abhängigkeit der Breite der zu trocknenden Bahn und der gewünschten Heizleistung wird die erforderliche Anzahl von Strahlern mit fluchtenden Abstrahlflächen zu einer Trocknungseinheit zusammengestellt.
Der prinzipielle Aufbau eines einzelnen, gattungsgemäßen Infrarot-Strahlers ist in Figur 8 dargestellt und beispielsweise in der DE 199 01 145-A1 beschrieben.
Das für den Betrieb des Strahlers notwendige Brennstoff/Luft-Gemisch wird dem Strahler durch eine Öffnung (a) im Gehäuse (b) zugeführt und gelangt zunächst in eine Verteilkammer
(c) in der das Gemisch gleichmäßig über die Strahlerfläche - senkrecht zur hier gezeigten
Ansicht - verteilt wird. Anschließend treten die Gase durch eine durchlässig gestaltete
Barriere (d). Hauptaufgabe der Barriere (d) ist es, den Feuerraum (e), in dem das Gas verbrannt wird, von der Verteilkammer (c), in der sich das unverbrannte Gasgemisch befindet, so zu trennen, daß kein Flammenrückschlag von dem Feuerraum (e) nach der
Verteilkammer (c) erfolgen kann. Daneben ist die Barriere (d) sinnvoller Weise so auszuführen, daß eine möglichst gute Wärmeübertragung der heißen Verbrennungsabgase an die die Strahlung abgebenden festen Körper, also die Oberfläche der Barriere (d) selbst, ggf. die Wände des Feuerraumes (e) und den eigentlichen Strahlkörper (f) vorbereitet wird.
Die geometrische/konstruktive Ausgestaltung von Feuerraum (e) und Strahlkörper (f) erfolgt ebenfalls unter den Gesichtspunkten
- optimierter Wärmeübertragung, maximierter Wärmeabstrahlung, minimaler Wärmeverluste zur Seite und in Richtung Verteilkammer unter Berücksichtigung von auftretenden Wärmedehnungen und anwendungsspezifischen Besonderheiten, wie z.B. mögliche Verschmutzungen, auftretende Thermoschocks u.a..
Aus der US 3,751 ,213 ist ein weiterer gattungsgemäßer Infrarot-Strahler bekannt, bei dem der Strahlkörper aus einem Wabenkörper mit durchgängigen Löchern zur Abführung der Verbrennungsgase besteht. Die Barriere („gas injection block") ist als gelochte Keramikplatte ausgeführt. Der in der Patentschrift beschriebene Hauptvorteil des Waben-körpers besteht darin, daß die darin enthaltenen Löcher als schwarze Strahler wirken, wenn ihr Verhältnis Länge/Durchmesser den Wert 5 überschreitet.
Bei der Zusammenstellung von einzelnen Strahlern zu Trocknungseinheiten werden diese üblicherweise von vorne durch den Strahlkörper gezündet. Dazu müssen die Öffnungen im Strahlkörper eine gewisse Mindestfläche aufweisen, um ein zügiges Durchzünden der gasbethebenden Infrarot-Strahler der Trocknungseinheit zu gewährleisten. Bei kreisförmigen Querschnitten liegt der Mindestdurchmesser bei ca. 4 mm. Aus dieser An-forderung ergibt sich bei dem vorgegebenen Verhältnis Länge/Durchmesser eine Mindesthöhe der Wabenstruktur von 20 mm und damit eine vergleichsweise große, aufzuheizende Masse. Die relativ großen Öffnungen in dem Strahlkörper, die zum Zünden des Strahlers erforderlich sind, führen zu relativ kleinen Gasgeschwindigkeiten und damit zu einem vergleichsweise schlechten konvektiven Wärmeübergang von den Verbrennungsabgasen an den Strahlkörper. Weiterhin ist zur Zeit kein Material bekannt, daß die Konstruktion einer Barriere in der in der US 3,751 ,213 beschriebenen Form ermöglicht und zugleich die für diese Konstruktion typischen sehr hohen Feuerraumtemperaturen für eine längere Zeit stand hält.
Die Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Infrarot-Strahler zu schaffen, der einen verbesserten konvektiven Wärmeübergang bei hohen Standzeiten aufweist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Barriere aus einer einzelne Düsen aufweisende Düsenplatte besteht und die Kanäle des Strahlkörpers an der Feuerraumseite zumindest im Bereich der Austrittsöffnungen der Düsen geschlossen sind, wodurch Prallflächen gebildet werden, gegen die die Austrittsöffnungen der Düsen gerichtet sind. Die Düsen als Durchtrittsöffnungen bewirken eine hohe Austrittsgeschwindigkeit, die Grundlage für einen effizienten, konvektiven Wärmeübergang ist. Die Prallflächen verhindern, daß sich die Flamme wegen der hohen Geschwindigkeit erst innerhalb des Strahlkörpers bildet und somit keine genügende Wärmeübertragung an diesen erfolgt. Die Prallflächen in Verbindung mit dem Düsenfeld der Düsenplatte bewirkt so einen maximalen konvektiven Wärmeübergang.
Die Unteransprüche enthalten bevorzugte, da besonders vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Infrarot-Strahlers.
Die Zeichnung dient zur Erläuterung der Erfindung anhand vereinfacht dargestellter Ausführungsbeispiele. Es zeigen
Figur 1 einen Querschnitt durch den Aufbau eines Infrarot-Strahlers nach der Erfindung, Figur 2 eine Draufsicht auf die Feuerraumseite des Strahlkörpers nach Figur 1 ,
Figur 3 einen Querschnitt durch den Strahlkörper nach Figur 2,
Figur 4 und Figur 5 jeweils eine Draufsicht auf die Feuerraumseite von zwei anderen Ausführungsformes eines Strahlkörpers,
Figur 6 und Figur 7 jeweils eine Ansicht auf die strahlende Vorderseite von aus einzelnen Leisten aufgebauten Strahlkörpern ,
Figur 8 zeigt in einem Querschnitt den prinzipiellen Aufbau eines Strahlergehäuses.
Die Infrarot-Strahler nach der Erfindung werden bevorzugt mit Gas beheizt, alternativ ist die Beheizung mit einem flüssigen Brennstoff als Heizfluid möglich.
Wie in Figur 1 dargestellt, enthält jeder Strahler ein Mischrohr 1 , in das an einem Ende eine Mischdüse 2 eingeschraubt ist. An die Mischdüse 2 ist eine Gaszuführleitung 3 angeschlossen, die mit einer Sammelleitung 4 verbunden ist, aus der mehrere nebeneinander angeordnete Strahler mit Gas 5 versorgt werden. Die Versorgung mit Luft 6 erfolgt über eine Hohltraverse 7, an der das Mischrohr 1 befestigt ist. Die Verbindungsleitung 8 für die Luftzufuhr mündet im oberen Teil des Mischrohrs 1 in eine das Auslaßende der Mischdüse 2 umfassende, nach unten offene Luftkammer 9, so daß in den Mischraum 10 des Mischrohrs 1 von oben ein Gas-Luftgemisch eingeleitet wird. Am unteren, offenen Ende des Mischrohrs 1 ist ein Gehäuse 1 1 befestigt, in dem als Barriere eine Düsenplatte 12 angeordnet ist. Die Düsenplatte 12 ist aus einem hitzebeständigen Metall gefertigt und enthält eine Reihe von rohrförmigen Düsen 29, die ebenfalls aus Metall gefertigt sind. Die Düsen 29 münden in einen Feuerraum 14, der einerseits von der Düsenplatte 12, andererseits von einem im wesentlichen parallel zu dieser mit Abstand angeordneten Strahlkörper 15 begrenzt wird. In dem Feuerraum 14 bilden sich Flammen, die den Strahlkörper 15 von der Rückseite her beheizen, so daß dieser Infrarot-Strahlung abgibt. Auf der Seite des Feuerraums 14 sind die Düsen 29 in einer vakuumgeformten Platte 30 eingebettet, das aus hochtemperaturbeständigen Keramikfasern gebildet wird. Alternativ kann die Platte durch mehrere Schichten Keramikpapier ersetzt werden. Die Platte 30 wirkt als Isolierschicht für die Düsenplatte 12 und verhindert so, außer Flammenrückschlägen, daß diese durch die hohen Temperaturen im Feuerraum 14 beschädigt wird. Diese kombinierte Konstruktion, aus metallischer Düsenplatte und Keramikfaserisolierung, ist gegen Rißbildung wesentlich beständiger als die bekannten keramischen Lochplatten, die vielfach als Barriere Verwendung finden. Der Durchmesser einer Düse 29 beträgt 1 ,5 - 4 mm, wobei die Düsenplatte 12 etwa 1500 - 2500 Düsen 29 pro m2 ihrer Fläche enthält.
Für die Zufuhr des Gas-Luftgemisches mündet das Mischrohr 1 in eine von einer Haube 16 abgedichteten Verteilkammer 17, die an dem anderen Ende von der Düsenplatte 12 abgeschlossen wird. Damit das Gas-Luftgemisch gleichmäßig an der Rückseite der Düsenplatte 12 verteilt wird, ist in der Verteilkammer 17 eine Prallplatte 18 angeordnet, gegen die das zugeführte Gemisch strömt. Die Düsenplatte 12 ist in dem Gehäuse 11 in umlaufende, feuerfeste Dichtungen 19 eingepaßt. Der Strahlkörper 15 hängt in einem umlaufenden feuerfesten Rahmen 20, der an dem Gehäuse 1 1 befestigt oder ein Teil von diesem ist und gemeinsam mit den Dichtungen 19 den Feuerraum 14 seitlich gasdicht abschließt.
Der Strahlkörper 15 ist aus Keramik oder einem anderen hochhitzebeständigen Material gefertigt. Bevorzugt ist er aus einer geeigneten SiC-Modifikation oder einem Material gefertigt, das als Hauptbestandteil mehr als 50 Gewichts-Prozent eines Metallsilizids enthält. Als Metallsilizide werden bevorzugt Molybdändisilizid (MoSi2) oder Wolframdisilizid (WSi2) verwendet. Als weitere Bestandteile sind bevorzugt Siliziumoxid (SiO2), Zirkoniumoxid (ZrO2) oder Siliziumkarbid (SiC) enthalten. Diese Materialien sind extrem temperaturbeständig und standfest, so daß der Strahler - falls erforderlich - mit Flammentemperaturen von mehr als 1700°C bis zu 1850°C betrieben werden kann. Gegenüber einer ebenfalls hochtemperaturbeständigen Legierung, die ausschließlich aus Metallen besteht (beispielsweise einer metallischen Heizleiterlegierung), hat das Material den weiteren Vorteil, daß nahezu keine Verzunderung auftritt. Um eine extrem lange Standzeit des Strahlers zu erhalten, kann dieser mit einer Flammentemperatur etwas unterhalb der maximal möglichen Temperatur des Strahlkörpers 15 betrieben werden; beispielsweise zwischen 1100°C und 1400°C, wodurch die Bildung von thermischem NOx in einem verträglichen Rahmen gehalten wird.
Bei allen Ausführungsformen enthält der Strahlkörper eine Vielzahl von Kanälen 21 , die sich - wie in den Figuren 1 und 3 dargestellt - vom Feuerraum 14 nach außen erstrecken. Die Kanäle 21 werden an der den Feuerraum 14 begrenzenden Rückseite des Strahlkörpers 15 beheizt. An der Vorderseite des Strahlkörpers 15 sind die Kanäle 21 offen, dort geben sie die Infrarotstrahlung ab. Der Querschnitt der röhrenförmig gestalteten Kanäle 21 ist bevorzugt entweder kreisförmig oder in Form eines regelmäßigen Polygons ausgebildet, beispielsweise sind die Kanäle 21 wabenförmig nebeneinander angeordnet.
Wesentlich für die Erfindung ist, daß die Kanäle 21 des Strahlkörpers auf der Feuerraumseite zumindest im Bereich der Austrittsöffnungen der Düsen 29 geschlossen sind. Es werden so Prallflächen 22 gebildet, gegen die Austrittsöffnungen der Düsen 29 gerichtet sind. Die Prallflächen 22 gewährleisten, daß sich die Flammen bereits im Feuerraum 14 bilden und nicht erst innerhalb der Kanäle 21. Somit wird ein maximaler konvektiver Wärmeübergang bewirkt.
In den Figuren 2 bis 5 sind verschiedene Ausführungsformen eines aus einem Block hergestellten Strahlkörpers 15 dargestellt. Die Kanäle 21 weisen sehr geringe Durchmesser auf, so daß die erforderliche Mindesthöhe des Strahlkörpers 15 (= Länge der Kanäle 21 ) zum Erreichen eines hohen Emissionskoeffizienten reduziert wird. Hierdurch wird die insgesamt aufzuheizende Masse des Strahlkörpers verringert mit dem Vorteil, daß die Aufheiz- und Abkühlzeiten des Strahlers verkürzt werden. Auf der Feuerraumseite, die in den Figuren 2, 4 und 5 gezeigt wird, sind die Kanäle 21 im Bereich der Austrittsöffnungen der Düsen 29 verschlossen. Dazu sind in dem entsprechenden Bereichen streifenförmige (Figur 2, Figur 4) oder kreisförmige (Figur 5) Platten 24 auf der Oberfläche des Strahlkörpers 15 aufgebracht oder in diese eingearbeitet. Bevorzugt bestehen die Platten aus demselben feuerfesten Material, aus dem der übrige Strahlkörper 15 gefertigt ist. So ist es möglich, bei der Herstellung des Strahlkörpers 15 aus einem einheitlichen Material in den entsprechenden Bereichen die Kanäle 21 geschlossen zu gestalten.
Bei den Ausführungsformen nach den Figuren 6 und 7 ist der Strahlkörper 15 aus einzelnen, nebeneinander angeordneten balkenförmigen Elementen 25 aufgebaut, die mit ihren Enden jeweils in den Rahmen 20 befestigt sind. Jedes der Elemente 25 enthält eine Vielzahl von Kanälen 21 , die auf die vorstehend beschriebene Weise an der Feuerraumseite verschlossen und an der in den Figuren 6 und 7 dargestellten Vorderseite des Strahlers offen sind. Zwischen den einzelnen Elementen 25 sind Öffnungen 23, die eine Abfuhr der Verbrennungsabgase aus den Feuerraum 14 ermöglichen.
Bei der Ausführungsform nach Figur 6 sind zwischen den einzelnen Elementen 25 als Öffnungen 23 schmale Schlitze vorhanden. Zumindest ein Schlitz 23 a des Strahlers ist breiter ausgeführt, damit ein Zünden des Strahlers von außen ermöglicht wird. Dazu beträgt die lichte Weite des Schlitzes 23 a zumindest 4 mm.
Bei der Ausführungsform nach Figur 7 ist jeweils zwischen zwei balkenförmigen Elementen 25 ein weiteres balkenförmiges Element 26 angeordnet, das durchgehende Kanäle 27 mit vergrößertem Querschnitt aufweist. Durch die durchgehenden Kanäle 27 werden die Verbrennungsabgase aus dem Feuerraum 14 abgeführt. Der Durchmesser der Kanäle 27 beträgt zumindest 4 mm, so daß der Strahler durch diese Kanäle 27 auch von außen gezündet werden kann. Die Kanäle 21 der Elemente 25 weisen einen erheblich geringeren Durchmesser auf. Sie sind auf die vorstehend beschriebene Weise an der Feuerraumseite verschlossen.
Aufgrund ihrer Einsatzmöglichkeit bei sehr hohen Temperaturen von mehr als 1100°C, ihrer hohen spezifischen Leistungdichte und ihrer langen Standzeit sind die erfindungsgemäßen Infrarot-Strahler besonders zum Trocknen von bahnförmigen Materialien bei hohen Bahngeschwindigkeiten geeignet. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Trocknung von laufenden Karton- oder Papierbahnen in Papierfabriken, beispielsweise hinter Beschichtungsvorrichtungen.

Claims

Patentansprüche
1.
Als Flächenstrahler ausgebildeter Infrarot-Strahler mit einem Feuerraum (14), der einerseits von einer gasdurchlässigen Barriere, andererseits von einem Strahlkörper (15) begrenzt wird, wobei der Strahlkörper eine Vielzahl von Kanälen (21 ) enthält und an seiner Vorderfläche Infrarotstrahlung abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriere aus einer einzelne Düsen (29) aufweisende Düsenplatte (12) besteht und die Kanäle (21 ) des Strahlkörpers (15) an der Feuerraumseite zumindest im Bereich der Austrittsöffnungen der Düsen (29) geschlossen sind, wodurch Prallflächen (22) gebildet werden, gegen die die Austrittsöffnungen der Düsen (29) gerichtet sind.
2.
Infrarot-Strahler nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlkörper (15) aus einem Block gefertigt ist, wobei auf der Feuerraumseite die Kanäle (21 ) durch streifenförmige oder kreisförmige Platten (24) verschlossen sind.
3.
Infrarot-Strahler nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlkörper (15) aus einzelnen, nebeneinander angeordneten balkenförmigen Elementen (25) aufgebaut ist, die eine Vielzahl von an der Feuerraumseite verschlossenen (Kanälen 21 ) enthalten.
4.
Infrarot-Strahler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den balkenförmigen Elementen (25) Schlitze als Öffnungen (23) vorhanden sind, wobei zumindest ein Schlitz (23 a) eine Weite von zumindest 4 mm aufweist.
5.
Infrarot-Strahler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei balkenförmigen Elementen (25) ein weiteres balkenförmiges Element (26) angeordnet ist, das durchgehende Kanäle (27) mit vergrößertem Querschnitt aufweist.
6.
Infrarot-Strahler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenplatte (12) und die Düsen (29) aus einem hitzebeständigen Metall gefertigt sind, und daß die Düsen (29) auf der Feuerraumseite in einer vakuumgeformten, aus Keramikfasern gebildeten Platte (30) eingebettet sind.
7.
Infrarot-Strahler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsplatte (30) aus mehreren Lagen Keramikpapier gebildet wird.
8.
Infrarot-Strahler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Strahlkörper (15) aus einer geeigneten Siliziumkarbid(SiC)-Modifikation hergestellt ist.
9.
Infrarot-Strahler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlkörper (15) aus einem hochhitzebeständigen Material hergestellt ist, das mehr als 50 Gewichtsprozent eines Metallsilizids enthält.
10.
Infrarot-Strahler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlkörper (15) mehr als 50 Gewichtsprozent Molybdändisilizid (MoSi2) enthält.
11. Infrarot-Strahler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlkörper (15) mehr als 50 Gewichtsprozent Wolframdisilizid (WSi2) enthält.
12.
Infrarot-Strahler nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Strahlkörpers (15) als weiteren Bestandteil Siliziumoxid (Siö2) enthält.
13.
Infrarot-Strahler nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß das
Material des Strahlkörpers (15) als weiteren Bestandteil Zirkoniumoxid (ZrO2) enthält.
14.
Infrarot-Strahler nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß das
Material des Strahlkörpers (15) als weiteren Bestandteil Siliciumkarbid (SiC) enthält.
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