EP2754958B1 - Strahlheizrohr - Google Patents

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EP2754958B1
EP2754958B1 EP13150878.0A EP13150878A EP2754958B1 EP 2754958 B1 EP2754958 B1 EP 2754958B1 EP 13150878 A EP13150878 A EP 13150878A EP 2754958 B1 EP2754958 B1 EP 2754958B1
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EP
European Patent Office
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radiant tube
tube
thermal insulation
longitudinal end
radiant
Prior art date
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Active
Application number
EP13150878.0A
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English (en)
French (fr)
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EP2754958A1 (de
Inventor
Dominik Schröder
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LOI Thermprocess GmbH
Original Assignee
LOI Thermprocess GmbH
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Publication date
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    • 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
    • F23D14/126—Radiant burners cooperating with refractory wall surfaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C3/00—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber
    • F23C3/002—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber the chamber having an elongated tubular form, e.g. for a radiant tube
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M5/00—Casings; Linings; Walls
    • F23M5/02—Casings; Linings; Walls characterised by the shape of the bricks or blocks used
    • 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
    • F23D2212/103—Fibres
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M2900/00—Special features of, or arrangements for combustion chambers
    • F23M2900/05004—Special materials for walls or lining

Definitions

  • the invention is directed to a horizontally mounted radiant tube for indirectly heating an industrial furnace comprising a tubular body comprising a central portion and at least one return portion located adjacent to the central portion, and at least one shoulder serving to support or suspend a free longitudinal end of the radiant tube wherein the middle section and the at least one return section are flow-connected to one another via at least one deflection section, the other longitudinal end of the radiant tube opposite the free longitudinal end can be fixed in a wall of the industrial furnace and has at least one opening to which a burner serving to heat the radiant tube can be connected, and the deflecting section deflecting at least one combustion exhaust gas within the radiant tube the free longitudinal end of the radiant tube is arranged.
  • a radiant tube of the type mentioned is, for example, from DE 20 2008 009 065 U1 , of the DE 29 20 902 A1 as well as the DE 20 2012 103 366 U1 is known and used to heat an industrial furnace when the atmosphere of the furnace chamber has to be adjusted in a certain way and does not allow the interference of air and exhaust gases.
  • a radiant heating pipe is heated on the inside by a heat source designed as a burner and is thereby heated, whereby a material located in the furnace chamber is heated by the heat radiation emanating from the radiant heat pipe.
  • radiant tubes are used as radiant tubes, as in the DE 29 20 902 A1 described, or with several arms or branches, as exemplified by a double-P-beam tube in the DE 20 2008 009 065 U1 disclosed executed.
  • a longitudinal end of the radiant heating pipe extends through a furnace wall, wherein the outside or outside the furnace usually a burner is flanged. Due to the design, the weight must be intercepted, in particular with metallic radiant heaters to avoid their bending.
  • the hot combustion exhaust gases flow through a central portion of the radiant heating tube in the direction of the free longitudinal end, where they are deflected and in a return to the return section, through which they are passed in the region of the burner from the Strahlskyrohr.
  • the wall of the free longitudinal end of the radiant tube is particularly strongly heated, whereby the strength values of the wall of the radiant tube, at least in the region of the free longitudinal end sink to values that when trapping the weight on the example tubular-shaped approach to plastic Deformations of the free longitudinal end of the Strahlitzrohres, which may be formed, for example, as kumpelêt lead.
  • the invention has for its object to provide a solution that provides a radiant heat pipe in a structurally simple manner, which in particular in the region of its support or suspension has improved strength at high operating temperatures and consistently good performance for a long service life.
  • this object is achieved in that the inner wall of the radiant tube at the free longitudinal end is at least partially covered with a thermal insulation.
  • a StrahlMaprohr comprising a tubular body comprising a central portion and at least one disposed adjacent the central portion return portion, and at least one serving for supporting or suspension of a free longitudinal end of the radiant heater neck, the outside at the free longitudinal end of the Radiant heat pipe is mounted, wherein the central portion and the at least one return section are fluidly connected to each other via at least one deflecting portion, the free longitudinal end opposite, the other longitudinal end of the Strahl2020rohres at least one opening and the at least one deflection section is disposed at the free longitudinal end of the radiant tube wherein the inner wall of the radiant tube at the free longitudinal end is at least partially covered with a thermal insulation, which is a material with a sauceleitschreibkei t of less than 0.6 W / (m ⁇ K).
  • the invention provides an improved radiant heat pipe in which the combustion exhaust gases no longer impinge on the inner wall of the radiant tube or Strahlskyrohrendes in their deflection in the region of the free longitudinal end now. Rather, the deflection is now - viewed from the direction of the burner or the furnace wall - in front of the inner wall of the radiant tube in the region of the free longitudinal end of the thermal insulation.
  • the wall of the Strahlskyrohres is in the area of the deflection at the free longitudinal end by the thermal insulation before too strong Warming protected, which means that the protected by the thermal insulation wall of the radiant tube is heated by at least 50 ° C less, which may mean an increase in strength by a factor of 2 to 5 in the temperature limit range of Strahlskyrohrmaterials.
  • the thermal insulation in particular reducing or even preventing the bending of the wall in the region of the extension.
  • the thermal insulation may also protect welded joints, such as a weld over which the neck may be attached to the radiant tube.
  • the inner wall is at least partially covered by the thermal insulation in the region of at least one deflection section.
  • the invention provides in a further embodiment that at least the approach to the opposite portion of the inner wall of the radiant tube is covered by the thermal insulation.
  • the goal must be achieved that the strength of the approach and the strength of the connection of the approach to the radiant tube at the given operating temperatures and weight forces is not deformed.
  • the thermal insulation is a high-temperature ceramic wool-containing vacuum molding.
  • a molded part consists of particularly temperatur pizza casting material and can be used depending on the choice of the ceramic base material, for example, up to 1800 ° C application temperature, which is far above the usual operating temperature of radiant tubes.
  • the thermal insulation can be formed from a refractory, fireclay or insulating brick to cover the inner wall of the radiant heating pipe in the region of the free end or in the region of the deflection section and to protect it from direct contact with the combustion exhaust gases to be deflected.
  • a particularly good thermal insulation can be achieved in the radiant heat pipe according to the invention in that the thermal insulation has a material with a thermal conductivity of less than 0.6 W / (m ⁇ K).
  • the thermal insulation has a wall thickness in the tube longitudinal direction of at most one third of the diameter of the radiant tube.
  • the thickness of the thermal insulation must be chosen so that the temperature at the transition to the approach is lowered so far that the weight forces can be absorbed without deformation of the radiant tube.
  • the invention provides in a further embodiment, that the thermal insulation has a temperature of the radiant tube in the region of the approach such reducing wall thickness in the tube longitudinal direction that absorbed by approach forces when suspending or supporting the free longitudinal end of the radiant tube neither the approach nor the free longitudinal end or plastically deform a transition region between the free longitudinal end and the extension.
  • the insulation at Strahlrahlrohrende may be constructed in sandwich construction, in which case at least one formed at least in the region of the free longitudinal end Material layer is the thermal insulation, so that the thermal insulation is at least partially embedded as a material layer in the base material of the radiant tube.
  • the thermal insulation itself may be constructed in sandwich construction.
  • the invention provides in an embodiment that the thermal insulation has at least two different, different properties and having layers arranged one behind the other in the tube longitudinal direction. In this case, material layers with different properties can be advantageously combined to achieve the desired goal.
  • at least one of the at least two layers of the thermal insulation may comprise metal or mineral insulating material or ceramic insulating material.
  • the radiant tube according to the invention which is installed horizontally in the oven, can be designed in different construction.
  • the Strahltropicrohr be designed as a jacket jet pipe, in which case the central portion is defined by a flame tube.
  • the radiant heating tube may be formed to enlarge the radiating surface as a P-beam tube, a double P-beam tube, a U-beam tube or a W-beam tube. It can be seen that the invention is suitable for all types of radiant heating pipes, irrespective of whether or not the design permits internal recirculation of the combustion exhaust gases.
  • FIGS. 1 to 4 Various embodiments of a radiant tube according to the invention are shown.
  • the Strahlskyrohre shown serve the indirect heating of an industrial furnace, not shown, which is defined as a space enclosed by walls, in which a good heat is supplied by means of the Strahlskyrohres.
  • FIG. 1 is an inventive StrahlMaprohr 1 according to a first embodiment
  • FIG. 2 an inventive radiant tube 1 'according to a second embodiment
  • FIG. 3 an inventive StrahlMaprohr 1 "according to a third embodiment and in FIG.
  • the radiant tube 1, 1 ', 1 ", 1"' installed horizontally in the furnace has a tubular body 2 which, depending on the design, can be configured differently always a first longitudinal end 3 of the tubular body 2 and the Strahltropicrohres 1, 1 ', 1 ", 1"' passed through a furnace wall 4 of the industrial furnace, so that the tubular body 2 is arranged horizontally extending in the furnace chamber 5 and can radiate its heat there.
  • the tubular body 2 fastened with its first longitudinal end 3 to the wall or furnace wall 4 is heated by hot combustion exhaust gases of a burner 6 arranged outside of the furnace chamber 5.
  • the burner 6 is shown only schematically in the figures Recuperator 13 in the tubular body 2 in and flow through a central portion 8 of the tubular body, in the direction of the free End 9 of the tubular body 2 leads, as the drawn arrow 10 indicates.
  • Combustion air is supplied to the burner 6 via a connection 11 and combustion gas via a further connection 12, wherein a recuperator 13 can be provided for utilizing the heat of the combustion exhaust gases before the combustion exhaust gases are removed from the tubular body 2 via the connection 14.
  • the tubular body 2 has at least one deflection section 15, at which the combustion exhaust gases are deflected in the direction of the burner 6.
  • the respective deflection section 15 in the individual embodiments connects in the case of the jacket jet pipe 16 (see FIGS. 1 .
  • the middle section 8 with a return section 19 which is formed by the annular space between the flame tube 17 and the nozzle jet pipe 16.
  • the two deflecting sections 15 have the tubular central section 8 with two tubular return sections 19 ', which lead back to the first longitudinal end 3 of the tubular body 2, whereby combustion exhaust gas can partially reach the central section 8 again.
  • the or the deflecting sections 15, on which or at which the combustion exhaust gases within the radiant tube 1, 1 ', 1 ", 1"' are deflected, is or are at the free longitudinal end 9 of the radiant tube 1, 1 ', 1 " , 1 '"arranged.
  • the inner wall 21 of the respective Strahlitzrohres 1, 1 ', 1 ", 1'" at the free longitudinal end 9 at least partially covered with a thermal insulation 22, whereby excessive heating of the inner wall 21 is prevented, which in turn a desired increase in Strength in this area.
  • the insulation covers the entire bottom-shaped longitudinal end 9 of the radiant tube 1, so that the deflection of the combustion exhaust gases takes place before the thermal insulation 22 and thus before the inner wall 21, whereby the longitudinal end 9 is heated less than the remaining wall portion of the radiant tube 1, which of the combustion exhaust gas is still heated.
  • the radiant heating pipe 1 ' is designed in the manner of a double P-beam pipe, the entire longitudinal end 9 is covered by the thermal insulation 22.
  • a heat-resistant plate 23 is provided, for example, metal or ceramic, through which a direct contact of the thermal insulation 22 with the in this Be prevented area deflected combustion exhaust gases, because the combustion exhaust gases are deflected at the now the deflection section 15 defining plate 23.
  • the plate 23 thus forms a kind of protective shield for the thermal insulation 22 so that it is not exposed directly to the hot combustion exhaust gases.
  • a plurality of through-openings formed in the flame tube 17 form the deflection sections 15 between the middle section 8 and the annular gap-shaped return section 19, in particular the inner wall 21 only in sections in the region of the middle section 8 or only at the end of the flame tube 17 is covered by the thermal insulation 22.
  • the deflection sections 15 in the form of the passage openings are indicated only schematically and it is understood that these can vary in shape and number.
  • the thermal insulation 22 in all embodiments of the radiant heating pipe 1, 1 ', 1 ", 1"' at least the section or region of the inner wall 21 opposite the projection 20 is covered by the thermal insulation 22.
  • the thermal insulation 2 may be a high-temperature wool exhibiting vacuum molding or be formed from a refractory or insulating stone.
  • the thermal insulation 22 may also be made of vacuum-formed ceramic fibers. It should be desirable for the thermal insulation 22 to comprise a material having a thermal conductivity of less than or equal to 0.6 W / (m ⁇ K).
  • thermal insulation 22 has a wall thickness 24 in the pipe longitudinal direction of at most one third of the diameter 25 of the radiant heating pipe 1 ", as shown in FIG. 3 is shown as an example.
  • the thermal insulation 22 it is at least necessary for the thermal insulation 22 to have a wall thickness or wall thickness 24 reducing the temperature of the radiant heating tube 1, 1 ', 1 ", 1"' in the region of the extension 20 in the tube longitudinal direction has to be absorbed by the approach 20 forces when suspending or supporting the free longitudinal end 9 of the radiant tube 1, 1 ', 1 ", 1"' neither the approach 20 nor the free longitudinal end 9 or a transition region between the free longitudinal end 9 and the approach 20th plastically deform.
  • the thermal insulation 22 may be formed homogeneously and from a single material or material. Alternatively, it is also conceivable that the thermal insulation 22 is formed layer of different materials. It is conceivable here that the thermal insulation 22 has at least two different, different properties and arranged one behind the other in the tube longitudinal layers 22, 23, wherein at least one of the at least two layers 22, 23 of the thermal insulation 22 metal or mineral insulating material or ceramic insulating material can.
  • the material of the Strahlskyrohres in the wall region of the support serving for approach approach is less heated than the other wall portions of the Strahlskyrohres , which can increase the strength by a factor of 2 to 5 in the temperature limit range of the radiant tube material.
  • the invention has been described in particular using the example of a jacket jet for an industrial furnace, wherein the Strahlskyrohr is formed gas-tight on one side at one of its two longitudinal ends and on the closed longitudinal end formed on the outside a protruding approach to support the closed longitudinal end formed.
  • the sealed longitudinal end or the bottom of the radiant tube is provided on the inside with an insulation.

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Description

  • Die Erfindung richtet sich auf ein waagerecht eingebautes Strahlheizrohr zur indirekten Beheizung eines Industrieofens, das einen Rohrkörper, der einen Mittelabschnitt und zumindest einen neben dem Mittelabschnitt angeordneten Rückführungsabschnitt umfasst, und wenigstens einen zur Abstützung oder Aufhängung eines freien Längsendes des Strahlheizrohres dienenden Ansatz, der an dem freien Längsende außenseitig an dem Strahlheizrohr vorgesehen ist, aufweist, wobei der Mittelabschnitt und der zumindest eine Rückführungsabschnitt über wenigstens einen Umlenkungsabschnitt miteinander strömungsverbunden sind, das dem freien Längsende gegenüberliegende, andere Längsende des Strahlheizrohres in einer Wand des Industrieofens befestigt werden kann und wenigstens eine Öffnung aufweist, an die ein zur Beheizung des Strahlheizrohres dienender Brenner angeschlossen werden kann, und der wenigstens eine Verbrennungsabgase innerhalb des Strahlheizrohres umlenkende Umlenkungsabschnitt an dem freien Längsende des Strahlheizrohres angeordnet ist.
  • Ein Strahlheizrohr der eingangs genannten Art ist zum Beispiel aus der DE 20 2008 009 065 U1 , der DE 29 20 902 A1 sowie der DE 20 2012 103 366 U1 bekannt und dient zur Beheizung eines Industrieofens, wenn die Atmosphäre des Ofenraumes in bestimmter Weise eingestellt werden muss und die Einmischung von Luft und Abgasen nicht erlaubt. Ein solches Strahlheizrohr wird innen von einer als Brenner ausgebildeten Wärmequelle beheizt und erhitzt sich dadurch, wobei ein in dem Ofenraum befindliches Gut durch die von dem Strahlheizrohr ausgehende Wärmestrahlung erhitzt wird.
  • Für Industrieanwendungen sind Strahlheizrohre als Mantelstrahlrohre, wie es in der DE 29 20 902 A1 beschrieben ist, oder mit mehreren Armen oder Zweigen, wie es beispielhaft anhand eines Doppel-P-Strahlrohres in der DE 20 2008 009 065 U1 offenbart ist, ausgeführt. Dabei erstreckt sich ein Längsende des Strahlheizrohres durch eine Ofenwand hindurch, wobei außen bzw. außerhalb des Ofens meist ein Brenner angeflanscht ist. Konstruktionsbedingt muss die Gewichtskraft insbesondere bei metallischen Strahlheizrohren zur Vermeidung ihrer Verbiegung abgefangen werden. Da sich das Abfangen der Gewichtskraft auf der Strahlheizrohrlänge, d.h. entlang der Längsachse des Strahlheizrohres, mit Hilfe von Hängern aus mehreren Gründen (wie zum Beispiel der Anstieg der Wandtemperatur des Strahlheizrohres im Bereich der am Strahlheizrohr anliegenden Aufhängung aufgrund Wärmestaus) als problematisch erweist, findet das Abfangen an dem freien Längsende des Strahlheizrohres, d.h. an dem dem Brenner gegenüberliegenden, geschlossenen und im Ofenraum angeordneten Längsende des Strahlheizrohres, statt. Dazu wird an das freie Längsende, welches bei einem als Mantelstrahlrohr ausgebildeten Strahlheizrohr als Kümpelboden ausgebildet sein kann, ein Ansatz, wie zum Beispiel ein Rohr, angeschweißt. Um das Gewicht des freihängenden Strahlheizrohrendes aufzufangen, wird dann der Ansatz entweder in einer Tasche eines Hängers oder einer Wandtasche des Ofens aufgenommen.
  • Wie es ferner bekannt ist, strömen die heißen Verbrennungsabgase durch einen Mittelabschnitt des Strahlheizrohres in Richtung des freien Längsendes, wo sie umgelenkt und in einen zur Rückführungsabschnitt gelangen, über den sie im Bereich des Brenners aus dem Strahlheizrohr geleitet werden. Dabei wird infolge der Umlenkung der heißen Verbrennungsabgase die Wandung des freien Längsendes des Strahlheizrohres besonders stark aufgeheizt, wodurch die Festigkeitswerte der Wandung des Strahlheizrohres zumindest im Bereich des freien Längsendes auf Werte sinken, die beim Abfangen der Gewichtskraft über den zum Beispiel rohrförmig ausgebildeten Ansatz zu plastischen Verformungen des freien Längsendes des Strahlheizrohres, welches beispielsweise als Kümpelboden ausgebildet sein kann, führen. Diese Verformungen können zum Ausfall des Strahlheizrohres führen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Lösung zu schaffen, die auf konstruktiv einfache Weise ein Strahlheizrohr bereitstellt, welches insbesondere im Bereich seiner Abstützung oder Aufhängung eine verbesserte Festigkeit bei hohen Arbeitstemperaturen sowie gleichbleibend gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Lebensdauer aufweist.
  • Bei einem Strahlheizrohr der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Innenwandung des Strahlheizrohres an dem freien Längsende zumindest abschnittsweise mit einer thermischen Isolierung überdeckt ist. Insbesondere wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst von einem Strahlheizrohr, das einen Rohrkörper, der einen Mittelabschnitt und zumindest einen neben dem Mittelabschnitt angeordneten Rückführungsabschnitt umfasst, und wenigstens einen zur Abstützung oder Aufhängung eines freien Längsendes des Strahlheizrohres dienenden Ansatz, der an dem freien Längsende außenseitig an dem Strahlheizrohr angebracht ist, aufweist, wobei der Mittelabschnitt und der zumindest eine Rückführungsabschnitt über wenigstens einen Umlenkungsabschnitt miteinander strömungsverbunden sind, das dem freien Längsende gegenüberliegende, andere Längsende des Strahlheizrohres wenigstens eine Öffnung aufweist und der wenigstens eine Umlenkungsabschnitt an dem freien Längsende des Strahlheizrohres angeordnet ist, wobei die Innenwandung des Strahlheizrohres an dem freien Längsende zumindest abschnittsweise mit einer thermischen Isolierung überdeckt ist, die ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von weniger als 0,6 W/(m·K) aufweist.
  • Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Durch die Erfindung wird ein verbessertes Strahlheizrohr bereitgestellt, bei dem die Verbrennungsabgase bei ihrer Umlenkung im Bereich des freien Längsendes nun nicht mehr auf die Innenwandung des Strahlheizrohres bzw. Strahlheizrohrendes auftreffen. Vielmehr erfolgt die Umlenkung nun - aus der Richtung des Brenners bzw. der Ofenwand betrachtet - vor der Innenwandung des Strahlheizrohres im Bereich des freien Längsendes an der thermischen Isolierung. Die Wandung des Strahlheizrohres ist im Bereich der Umlenkung am freien Längsende durch die thermische Isolierung vor einer zu starken Erwärmung geschützt, was dazu führt, dass die mit der thermischen Isolierung geschützte Wandung des Strahlheizrohres um mindestens 50°C weniger erwärmt wird, was im Temperaturgrenzbereich des Strahlheizrohrmaterials eine Erhöhung der Festigkeit um den Faktor 2 bis 5 bedeuten kann. Somit können mit Hilfe der erfindungsgemäßen Isolierung, die rohrinnenseitig aufgebracht bzw. angeordnet ist, plastische Verformungen und die Zerstörung des Strahlheizrohres verhindert werden. Durch die Erfindung werden Verformungen des freien Längsendes und des Ansatzes und somit ein langlebiges und wartungsarmes Strahlheizrohr bereitgestellt, wobei die thermische Isolierung insbesondere die Verbiegung der Wandung im Bereich des Ansatzes reduziert oder sogar verhindert. Die thermische Isolierung kann aber auch Schweißverbindungen schützen, wie zum Beispiel eine Schweißnaht, über die der Ansatz an dem Strahlheizrohr angebracht sein kann. Dadurch, dass die thermische Isolierung auf der Innenseite der Wand des Strahlheizrohres vorgesehen ist, ändern sich die Außen- und Einbaumaße des Strahlheizrohres in keiner Weise, so dass für das erfindungsgemäße Strahlheizrohr keine baulichen Veränderungen des Einsatzortes erforderlich sind.
  • Da die Umlenkung der heißen Verbrennungsabgase zu einer besonders starken Aufheizung der Innenwandung im Bereich des Umlenkungsabschnittes führen können, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Innenwandung im Bereich des wenigstens einen Umlenkungsabschnitts zumindest abschnittsweise von der thermischen Isolierung überdeckt ist.
  • Um die thermische Isolierung materialsparend und baulich so klein wie möglich, aber dennoch effektiv auszubilden, sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, dass zumindest der dem Ansatz gegenüberliegende Abschnitt der Innenwandung des Strahlheizrohres von der thermischen Isolierung überdeckt ist. Bei einer solchen Ausgestaltung muss das Ziel erreicht werden, dass die Festigkeit des Ansatzes und die Festigkeit der Verbindung des Ansatzes zum Strahlheizrohr bei den gegebenen Betriebstemperaturen und Gewichtskräften nicht verformt wird.
  • Hinsichtlich der Ausführung der thermischen Isolierung sieht die Erfindung ferner vor, dass die thermische Isolierung ein Hochtemperaturkeramikwolle aufweisendes Vakuumformteil ist. Ein solches Formteil besteht aus besonders temperaturwechselbeständigem Material und kann je nach Wahl des keramischen Basismaterials beispielsweise bis 1800°C Anwendungstemperatur eingesetzt werden, was weit über der üblichen Einsatztemperatur von Strahlheizrohren liegt.
  • Alternativ kann die thermische Isolierung aus einem Feuerfest-, Schamott- oder Isolierstein gebildet sein, um die Innenwandung des Strahlheizrohres im Bereich des freien Endes bzw. im Bereich des Umlenkungsabschnittes abzudecken und vor einem direkten Kontakt mit den umzulenkenden Verbrennungsabgasen zu schützen.
  • Eine besonders gute Wärmeisolierung lässt sich bei dem erfindungsgemäßen Strahlheizrohr dadurch erzielen, dass die thermische Isolierung ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von weniger als 0,6 W/(m·K) aufweist.
  • Hinsichtlich einer kompakten Bauweise des Strahlheizrohres ist es in Ausgestaltung der Erfindung von Vorteil, wenn die thermische Isolierung eine Wandstärke in Rohrlängsrichtung von höchstens einem Drittel des Durchmessers des Strahlheizrohres aufweist. Die Dicke der thermischen Isolierung muss so gewählt werden, dass die Temperatur am Übergang zum Ansatz soweit abgesenkt wird, dass die Gewichtskräfte ohne Verformung des Strahlheizrohres aufgenommen werden können. Hierzu sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, dass die thermische Isolierung eine die Temperatur des Strahlheizrohres im Bereich des Ansatzes derart reduzierende Wanddicke in Rohrlängsrichtung aufweist, dass vom Ansatz aufzunehmende Kräfte bei Aufhängung oder Abstützung des freien Längsendes des Strahlheizrohres weder den Ansatz noch das freie Längsende oder einen Übergangsbereich zwischen dem freien Längsende und dem Ansatz plastisch verformen.
  • Die Isolierung am Strahlheizrohrende kann in Sandwichbauweise aufgebaut sein, wobei dann wenigstens eine zumindest im Bereich des freien Längsendes ausgebildete Materialschicht die thermische Isolierung ist, so dass die thermische Isolierung zumindest abschnittsweise als Materialschicht in den Grundwerkstoff des Strahlheizrohres eingebettet ist. Alternativ kann die thermische Isolierung selbst in Sandwichbauweise aufgebaut sein. Hierzu sieht die Erfindung in Ausgestaltung vor, dass die thermische Isolierung zumindest zwei unterschiedliche, verschiedene Eigenschaften aufweisende und in Rohrlängsrichtung hintereinanderliegend angeordnete Schichten aufweist. Dabei können in vorteilhafter Weise Materialschichten mit unterschiedlichen Eigenschaften kombiniert werden, um das gewünschte Ziel zu erreichen. Hierbei kann wenigstens eine der zumindest zwei Schichten der thermischen Isolierung Metall oder mineralisches Isoliermaterial oder keramisches Isoliermaterial aufweisen.
  • Das erfindungsgemäße Strahlheizrohr, welches horizontal im Ofen eingebaut wird, kann in unterschiedlicher Bauweise ausgeführt sein. Beispielsweise kann das Strahlheizrohr als Mantelstrahlrohr ausgebildet sein, wobei dann der Mittelabschnitt von einem Flammrohr definiert ist. Alternativ dazu kann das Strahlheizrohr zur Vergrößerung der abstrahlenden Oberfläche als ein P-Strahlrohr, ein Doppel-P-Strahlrohr, ein U-Strahlrohr oder ein W-Strahlrohr ausgebildet sein. Es ist ersichtlich, dass die Erfindung für alle Bauformen von Strahlheizrohren geeignet ist, auch unabhängig davon, ob die Bauform eine innere Rezirkulation der Verbrennungsabgase gestattet oder nicht.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, in der beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt:
    • Figur 1 ein als Mantelstrahlrohr ausgebildetes Strahlungsrohr in geschnittener und prinzipieller Darstellung,
    • Figur 2 ein als Doppel-P-Strahlrohr ausgebildetes Strahlungsrohr in geschnittener und prinzipieller Darstellung,
    • Figur 3 einen vergrößerten Ausschnitt des freien Endes eines als Mantelstrahlrohr ausgebildeten Strahlungsrohres gemäß einer anderen Ausführungsform und
    • Figur 4 einen vergrößerten Ausschnitt des freien Endes eines als Mantelstrahlrohr ausgebildeten Strahlungsrohres gemäß einer noch anderen Ausführungsform.
  • In den Figuren 1 bis 4 sind verschiedene Ausführungsformen eines Strahlheizrohres gemäß der Erfindung dargestellt. Die gezeigten Strahlheizrohre dienen der indirekten Beheizung eines nicht näher dargestellten Industrieofens, der als ein von Wänden umschlossener Raum definiert ist, in dem einem Gut Wärme mit Hilfe des Strahlheizrohres zugeführt wird. In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Strahlheizrohr 1 gemäß einer ersten Ausführungsform, in Figur 2 ein erfindungsgemäßes Strahlheizrohr 1' gemäß einer zweiten Ausführungsform, in Figur 3 ein erfindungsgemäßes Strahlheizrohr 1" gemäß einer dritten Ausführungsform und in Figur 4 ein erfindungsgemäßes Strahlheizrohr 1"' gemäß einer vierten Ausführungsform gezeigt. Bei allen Ausführungsformen weist das horizontal im Ofen eingebaute Strahlheizrohr 1, 1', 1", 1"' einen Rohrkörper 2 auf, der je nach Bauart verschieden ausgestaltet sein kann. Dabei ist aber immer ein erstes Längsende 3 des Rohrkörpers 2 bzw. des Strahlheizrohres 1, 1', 1", 1"' durch eine Ofenwand 4 des Industrieofens geführt, so dass der Rohrkörper 2 horizontal verlaufend im Ofenraum 5 angeordnet ist und dort seine Wärme abstrahlen kann. Dabei wird der mit seinem ersten Längsende 3 an der Wand bzw. Ofenwand 4 befestigte Rohrkörper 2 von heißen Verbrennungsabgasen eines außerhalb des Ofenraumes 5 angeordneten Brenners 6, der in den Figuren lediglich schematisch dargestellt ist, erhitzt. Die heißen Verbrennungsabgase des Brenners 6 strömen durch einen Rekuperator 13 in den Rohrkörper 2 hinein und durchströmen einen Mittelabschnitt 8 des Rohrkörpers, der in Richtung des freien Endes 9 des Rohrkörpers 2 führt, wie der eingezeichnete Pfeil 10 andeutet. Dem Brenner 6 werden Verbrennungsluft über einen Anschluss 11 und Verbrennungsgas über einen weiteren Anschluss 12 zugeführt, wobei ein Rekuperator 13 zur Nutzung der Wärme der Verbrennungsabgase vorgesehen sein kann, bevor die Verbrennungsabgase aus dem Rohrkörper 2 über den Anschluss 14 abgeführt werden.
  • Am freien Ende 9, welches gegenüber der Atmosphäre des Ofenraumes 5 gasdicht verschlossen ist, weist der Rohrkörper 2 wenigstens einen Umlenkungsabschnitt 15 auf, an welchem die Verbrennungsabgase in Richtung des Brenners 6 umgelenkt werden. Bei den Ausführungsformen der Figuren 1, 3 und 4 ist das Strahlheizrohr 1, 1", 1"' als Mantelstrahlrohr 16 ausgebildet, wobei der Mittelabschnitt 8 von einem Flammrohr 17 gebildet und definiert ist. Demgegenüber ist bei der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform das Strahlheizrohr 1' als Doppel-P-Strahlrohr 18 ausgebildet. Der jeweilige Umlenkungsabschnitt 15 bei den einzelnen Ausführungsformen verbindet im Fall des Mantelstrahlrohres 16 (siehe Figuren 1, 3 und 4) den Mittelabschnitt 8 mit einem Rückführungsabschnitt 19, der durch den Ringraum zwischen dem Flammrohr 17 und dem Mantelstrahlrohr 16 gebildet ist. Demgegenüber verbinden bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform die beiden Umlenkungsabschnitte 15 den rohrförmigen Mittelabschnitt 8 mit zwei rohrförmigen Rückführungsabschnitten 19', die zum ersten Längsende 3 des Rohrkörpers 2 zurückführen, wodurch Verbrennungsabgas zum Teil wieder in den Mittelabschnitt 8 gelangen kann. Der bzw. die Umlenkungsabschnitte 15, an dem bzw. an denen die Verbrennungsabgase innerhalb des Strahlheizrohres 1, 1', 1", 1"' umgelenkt werden, ist bzw. sind an dem freien Längsende 9 des Strahlheizrohres 1, 1', 1", 1'" angeordnet. Der Mittelabschnitt 8 und der zumindest eine Rückführungsabschnitt 19 bzw. 19' sind somit über wenigstens einen Umlenkungsabschnitt 15 miteinander strömungsverbunden, so dass das Verbrennungsabgas im Wesentlichen über den Rückführungsabschnitt 19 bzw. die Rückführungsabschnitte 19' über eine Öffnung 7 am ersten Längsende 3 aus dem Rohrkörper 2 abgeführt werden kann, wobei die Verbrennungsabgase zuvor noch an dem optionalen Rekuperator 13 zur Erwärmung der Verbrennungsluft vorbeiströmen können. Die Rückführungsabschnitte 19 bzw. 19' sind dabei - wie es aus den Figuren ersichtlich ist - neben dem Mittelabschnitt 3 angeordnet.
  • Um das Gewicht des jeweiligen Strahlheizrohres 1, 1', 1", 1"' aufzufangen, ist dieses an seinem dem ersten Längsende 3 gegenüberliegenden Längsende 9 mit Hilfe eines außenseitig am Rohrkörper 2 angebrachten Ansatzes 20 entweder in einer Tasche eines Hängers oder einer Wandtasche des Ofens abgestützt. Alternativ können auch mehrere Ansätze zur Aufhängung oder Abstützung vorgesehen sein, wobei dann für einen jeweiligen, Kräfte aufnehmenden Ansatz jeweils eine eigene thermische Isolierung vorgesehen sein muss. Üblicherweise ist der Ansatz 20 an der Außenseite des Strahlheizrohres 1, 1', 1", 1"' angeschweißt. Erfindungsgemäß ist die Innenwandung 21 des jeweiligen Strahlheizrohres 1, 1', 1", 1'" an dem freien Längsende 9 zumindest abschnittsweise mit einer thermischen Isolierung 22 überdeckt, wodurch eine zu starke Erwärmung der Innenwandung 21 verhindert wird, was wiederum eine gewünschte Erhöhung der Festigkeit in diesem Bereich nach sich zieht.
  • Mit Bezug auf Figur 1 überdeckt die Isolierung das gesamte bodenförmige Längsende 9 des Strahlheizrohres 1, so dass die Umlenkung der Verbrennungsabgase vor der thermischen Isolierung 22 und damit vor Innenwandung 21 erfolgt, wodurch das Längsende 9 weniger erwärmt wird, als der übrige Wandungsbereich des Strahlheizrohres 1, welches von dem Verbrennungsabgas nach wie vor erwärmt wird. Auch bei der zweiten Ausführungsform gemäß Figur 2, bei welcher das Strahlheizrohr 1' nach Art eines Doppel-P-Strahlrohres ausgeführt ist, ist das gesamte Längsende 9 von der thermischen Isolierung 22 überdeckt.
  • Zwar überdeckt die thermische Isolierung 22 bei der dritten Ausführungsform in Figur 3 auch das freie Längsende 9 komplett. Jedoch ist auf der dem Längsende 9 abgewandten Seitenfläche der thermischen Isolierung 22 eine hitzebeständige Platte 23 aus beispielsweise Metall oder Keramik vorgesehen, durch die ein direkter Kontakt der thermischen Isolierung 22 mit den in diesem Bereich umzulenkenden Verbrennungsabgasen unterbunden ist, denn die Verbrennungsabgase werden an der nun den Umlenkungsabschnitt 15 definierenden Platte 23 umgelenkt. Die Platte 23 bildet somit eine Art Schutzschild für die thermische Isolierung 22, damit diese nicht den heißen Verbrennungsabgasen direkt ausgesetzt ist.
  • Demgegenüber bilden bei der dritten Ausführungsform des Strahlheizrohres 1"' mehrere, im Flammenrohr 17 selbst ausgeformte Durchtrittsöffnungen die Umlenkungsabschnitte 15 zwischen dem Mittelabschnitt 8 und dem ringspaltförmigen Rückführungsabschnitt 19 aus, wobei insbesondere die Innenwandung 21 nur abschnittsweise im Bereich des Mittelabschnitts 8 bzw. nur am Ende des Flammenrohres 17 von der thermischen Isolierung 22 überdeckt ist. Die Umlenkungsabschnitte 15 in Form der Durchtrittsöffnungen sind nur schematisch angedeutet und es versteht sich, dass diese in Form und Anzahl variieren können.
  • Unabhängig davon ist bei allen Ausführungsformen des Strahlheizrohres 1, 1', 1", 1"' zumindest der dem Ansatz 20 gegenüberliegende Abschnitt bzw. Bereich der Innenwandung 21 von der thermischen Isolierung 22 überdeckt. Dabei kann die thermische Isolierung 2 ein Hochtemperaturwolle aufweisendes Vakuumformteil sein oder aus einem Feuerfest- oder Isolierstein gebildet sein. Alternativ dazu kann die thermische Isolierung 22 auch aus vakuumgeformten Keramikfasern bestehen. Es sollte angestrebt sein, dass die thermische Isolierung 22 ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von weniger als bzw. höchstens 0,6 W/(m·K) aufweist. Auch ist es zumindest bei einem Mantelstrahlrohr wünschenswert, wenn die thermische Isolierung 22 eine Wanddicke 24 in Rohrlängsrichtung von höchstens einem Drittel des Durchmessers 25 des Strahlheizrohres 1" aufweist, wie es in Figur 3 exemplarisch dargestellt ist.
  • Allgemein und unabhängig von den gezeigten Ausführungsbeispielen ist es zumindest erforderlich, dass die thermische Isolierung 22 eine die Temperatur des Strahlheizrohres 1, 1', 1", 1"' im Bereich des Ansatzes 20 derart reduzierende Wanddicke bzw. Wandstärke 24 in Rohrlängsrichtung aufweist, dass vom Ansatz 20 aufzunehmende Kräfte bei Aufhängung oder Abstützung des freien Längsendes 9 des Strahlheizrohres 1, 1', 1", 1"' weder den Ansatz 20 noch das freie Längsende 9 oder einen Übergangsbereich zwischen dem freien Längsende 9 und dem Ansatz 20 plastisch verformen.
  • Die thermische Isolierung 22 kann homogen und aus einem einzigen Werkstoff bzw. Material ausgebildet sein. Alternativ ist es auch denkbar, dass die thermische Isolierung 22 schichtmäßig aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet ist. Denkbar ist es hierbei, dass die thermische Isolierung 22 zumindest zwei unterschiedliche, verschiedene Eigenschaften aufweisende und in Rohrlängsrichtung hintereinanderliegend angeordnete Schichten 22, 23 aufweist, wobei wenigstens eine der zumindest zwei Schichten 22, 23 der thermischen Isolierung 22 Metall oder mineralisches Isoliermaterial oder keramisches Isoliermaterial aufweisen kann.
  • Zusammenfassend werden von der vorliegenden Erfindung zur Lösung der sich gestellten Aufgabe die vorstehend im Detail beschriebenen Möglichkeiten der abschnittsweise innenseitigen, thermischen Isolierung des Strahlheizrohres bereitgestellt, durch die das Material des Strahlheizrohres im Wandbereich des zur Abstützung dienenden Ansatzes weniger erwärmt wird als die übrigen Wandbereiche des Strahlheizrohres, was im Temperaturgrenzbereich des Strahlheizrohrmaterials zu einer Erhöhung der Festigkeit um den Faktor 2 bis 5 führen kann. Die Erfindung wurde insbesondere am Beispiel eines Mantelstrahlrohres für einen Industrieofen beschrieben, wobei das Strahlheizrohr einseitig an einem seiner beiden Längsenden gasdicht verschlossen ausgebildet ist und an das verschlossen ausgebildete Längsende außenseitig ein abstehender Ansatz zur Abstützung des verschlossen ausgebildeten Längsendes angeformt ist. Dabei ist das verschlossen ausgebildete Längsende bzw. der Boden des Mantelstrahlheizrohres innenseitig mit einer Isolierung versehen.
  • Die vorstehend beschriebene Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Es ist ersichtlich, dass an den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen zahlreiche, dem Fachmann entsprechend der beabsichtigten Anwendung naheliegende Abänderungen vorgenommen werden können, ohne dass dadurch der Bereich der Erfindung verlassen wird. Dabei gehört zur Erfindung alles dasjenige, was in der Beschreibung enthalten und/oder in den Zeichnungen dargestellt ist, einschließlich dessen, was abweichend von den konkreten Ausführungsbeispielen für den Fachmann naheliegt.

Claims (9)

  1. Strahlheizrohr (1, 1', 1", 1"') zur indirekten Beheizung eines Industrieofens, das einen Rohrkörper (2), der einen Mittelabschnitt (8) und zumindest einen neben dem Mittelabschnitt (8) angeordneten Rückführungsabschnitt (19, 19') umfasst, und wenigstens einen zur Abstützung oder Aufhängung eines freien Längsendes (9) des Strahlheizrohres (1, 1', 1", 1"') dienenden Ansatz (20), der an dem freien Längsende (9) außenseitig an dem Strahlheizrohr (1, 1', 1", 1"') vorgesehen ist, aufweist, wobei
    der Mittelabschnitt (8) und der zumindest eine Rückführungsabschnitt (19, 19') über wenigstens einen Umlenkungsabschnitt (15) miteinander strömungsverbunden sind,
    das dem freien Längsende (9) gegenüberliegende, andere Längsende (3) des Strahlheizrohres (1, 1', 1", 1"') in einer Wand (4) des Industrieofens befestigt werden kann und wenigstens eine Öffnung (7) aufweist, an die ein zur Beheizung des Strahlheizrohres (1, 1', 1", 1"') dienender Brenner (6) angeschlossen werden kann, und
    der wenigstens eine Verbrennungsabgase innerhalb des Strahlheizrohres (1, 1', 1", 1"') umlenkende Umlenkungsabschnitt (19, 19') an dem freien Längsende (9) des Strahlheizrohres (1, 1', 1", 1"') angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Innenwandung (21) des Strahlheizrohres (1, 1', 1", 1"') an dem freien Längsende (9) zumindest abschnittsweise mit einer thermischen Isolierung (22) überdeckt ist, die ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von weniger als 0,6 W/(m·K) aufweist.
  2. Strahlheizrohr (1, 1', 1", 1"') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung (21) im Bereich des wenigstens einen Umlenkungsabschnitts (15) zumindest abschnittsweise von der thermischen Isolierung (22) überdeckt ist.
  3. Strahlheizrohr (1, 1', 1", 1"') nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der dem Ansatz (20) gegenüberliegende Abschnitt der Innenwandung (21) des Strahlheizrohres (1, 1', 1", 1"') von der thermischen Isolierung (22) überdeckt ist.
  4. Strahlheizrohr (1, 1', 1", 1"') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Isolierung (22) ein Hochtemperaturkeramikwolle aufweisendes Vakuumformteil ist.
  5. Strahlheizrohr (1, 1', 1", 1"') nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Isolierung (22) aus einem Schamott- oder Isolierstein gebildet ist.
  6. Strahlheizrohr (1, 1', 1", 1"') nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Isolierung (22) aus vakuumgeformten Keramikfasern besteht.
  7. Strahlheizrohr (1, 1', 1", 1"') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Isolierung (22) eine Wandstärke (24) in Rohrlängsrichtung von höchstens einem Drittel des Durchmessers (25) des Strahlheizrohres (1, 1', 1", 1"') aufweist.
  8. Strahlheizrohr (1, 1", 1"') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlheizrohr (1, 1", 1"') als Mantelstrahlrohr (16) ausgebildet ist und der Mittelabschnitt (8) von einem Flammrohr (17) definiert ist.
  9. Strahlheizrohr (1') nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlheizrohr (1') als ein P-Strahlrohr, ein Doppel-P-Strahlrohr (18), ein U-Strahlrohr oder ein W-Strahlrohr ausgebildet ist.
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