NL9301581A - Compacte gasgestookte infraroodstraler in gesloten uitvoering. - Google Patents

Description

Titel: Compacte gasgestookte infraroodstraler in gesloten uitvoering.

De uitvinding heeft betrekking op een compacte gasgestookte infraroodstraler, in het bijzonder voor het verwarmen of drogen van materialen.

Bij en aantal industriële droog- en verwarmingsprocessen wordt veelal gebruik gemaakt van convectiewarmte. Het toepassen van infrarood-straling voor deze doeleinden zou een energiebesparing meebrengen echter tot dusverre is door gebrek aan efficiënte gasgestookte infrarood-stralingsbranders de toepassing daarvan beperkt.

Wel worden voor diverse toepassingen, zoals het drogen van drukinkten in de grafische industrie en het drogen van voedingsmiddelen, electrische stralers ingezet. Deze overigens schone vorm van warmte-opwekking heeft echter een matig energetisch rendement. Dit wordt enerzijds veroorzaakt door het lage opwekkingsrendement van ca. 42% bij de electriciteitsproduktie en anderzijds door het stralingsrendement dat varieert van 50% bij stralingspanelen tot 80% bij een kwartsbuisstraler. Gerekend naar primaire energie bedraagt het stralingsrendement derhalve 20%-30%. Indien tevens de convectieve warmte van deze stralingsbronnen wordt benut kan het totale rendement nog oplopen tot 40%.

Bij gasgestookte stralingsbranders in open uitvoering ligt het stralingsrendement gerekend naar primaire energie, hoger, nl. 40%-50% en indien ook de restwarmte van de open straler in het betreffende proces bruikbaar is, kan de totale warmte-benutting stijgen tot 80 a 90%.

Bij een aantal processen hebben open gasgestookte stralingsbranders echter een aantal nadelen. De belangrijkste daarvan zijn - dat de verbrandingsgassen met het produkt, bijvoorbeeld voedingsmiddelen, in kontakt kunnen komen, - dat open stralingsbranders kwetsbaar, gevoelig voor vervuiling en soms brandgevaarlijk zijn, - dat het effect van gecombineerde toepassing van infrarood straling en convectie wordt beperkt door de invloed van luchtbewegingen op de werking van de brander, - dat rekening moet worden gehouden met mogelijke contaminatie van het produkt (bijv. bij voedingsmiddelen, folie etc) door erosieprodukten van de straler, - dat bij drukmachines afgezogen oplosmiddeldampen met verbrandingsgassen worden gemengd, hetgeen ongewenst is indien oplosmiddel moet worden teruggewonnen, en - dat de betrekkelijk grote afmetingen van gasgestookte stralingsbranders de mogelijkheden beperkt electrische stralers daardoor te vervangen.

De uitvinding beoogt derhalve een compacte gasgestookte infrarood-stralingsbrander waarbij de bovengenoemde bezwaren zijn vermeden en die op verschillende manieren kan bijdragen tot energie-besparing en tot beperking van milieu-belastende emissies.

In het bijzonder beoogt de uitvinding een verbeterde gasgestookte infrarood-stralingsbrander met een stralingsplaat welke deel uitmaakt van de begrenzing van de verbrandingskamer.

Op de markt zijn stralers verkrijgbaar in de vorm van langwerpige, doosvormige lichamen, waarin zich een verbrandingskamer bevindt, waarvan een naar een te verwarmen object te richten buitenwand wordt gevormd door tenminste één stralingsplaat. Binnen de verbrandingskamer zijn, over de lengte van de doos verdeeld, voorzieningen aanwezig voor het toevoeren van gas evenwijdig aan de of elke stralingsplaat en verbrandingslucht kan via doorgangen aan de stralingsplaatzijde worden aangezogen. Binnen de verbrandingskamer zijn leischotten aanwezig voor het langs de binnenzijde van de stralingsplaat of -platen leiden van verbrandingsgassen.

De bekende gasgestookte stralingsbranders hebben betrekkelijk grote afmetingen. De stralingstemperatuur en de stralingsintensiteit zijn beperkt en de temperatuur verdeling over de lengte van de plaat is ongelijkmatig. Tevens is het thermische rendement van de bekende stralingsbrander laag, terwijl de NOx-produktie hoog is. Bovengenoemde bezwaren zijn oorzaak van het feit dat de toepassing van de bekende gasgestookte stralingsbranders in de praktijk beperkt is.

Volgens de uitvinding is een gasgestookte infrarood-stralingsbrander, voorzien van een langwerpig, doosvormig, een verbrandingskamer omvattend huis, waarvan een naar een te verwarmen object te richten zijde in hoofdzaak open is en van de verbrandingskamer een buitenwand wordt gevormd door een in de open zijde van het huis gelegen stralingsplaat, waarbij binnen de verbrandingskamer, over de lengte van het huis verdeeld, voorzieningen aanwezig zijn voor het toevoeren van gas en verder doorgangen aanwezig zijn via welke verbrandingslucht kan worden aangevoerd en waarbij binnen de verbrandingskamer leischotten aanwezig zijn voor het langs de binnenzijde van de stralingsplaat leiden van verbrandingsgassen, gekenmerkt doordat de stralingsplaat het huis volledig afsluit.

In de eerste plaats wordt hiermee bereikt dat de gevormde verbrandingsprodukten volledig gescheiden blijven van het te behandelen produkt en van de procesruimte en dat procesdampen of stof de branderkamer niet kunnen binnendringen. Dit maakt de gasgestookte stralingsbrander volgens de uitvinding bij uitstek geschikt voor vrijwel alle toepassingen waarbij, zoals in de voedingsmiddelenindustrie, contaminatie van het te verwarmen of te drogen produkt absoluut moet worden vermeden.

Verder kan, in het bijzonder indien de inlaat- en afvoerdoorgangen voor verbrandingslucht, respectievelijk verbrandingsgas aan de van de stralingsplaat afgekeerde, achterzijde van het huis zijn aangebracht, stroomafwaarts van de verbrandingskamer binnen het huis tenminste een warmtewisselaar zijn aangebracht voor het voorverwarmen van verbrandingslucht met behulp van de verbrandingsgassen.

Hiermee wordt het thermische rendement van de brander verhoogd en kan de brander volgens de uitvinding tot een maximumtemperatuur van 1000°C instelbaar worden uitgevoerd.

Voor het bewerkstelligen van een gelijkmatige, hoge verhitting van de stralingsplaat door de verbrandingsgassen kan, in nadere uitwerking van de uitvinding, een rij branders, loodrecht gericht op het midden van de stralingsplaat volgens het langsmiddenvlak van het huis zijn aangebracht en kunnen aan weerszijden van het middenlangsvlak van het branderhuis in dwarsdoorsnede in hoofdzaak L-vormige geleidingsplaten symmetrisch zijn opgesteld, zodanig dat deze een op afstand van de branderrij aanvangende, smalle branderkamer tegenover de branderrij begrenzen, welke branderkamer nabij de stralingsplaat uitmondt in zich naar weerszijden van het middenlangsvlak van het huis uitstrekkende, bij de langszijranden van de geleidingsplaten eindigende stromingsdoorgangen.

De rij branders stuwt hete verbrandingsgassen in de richting van het midden van de stralingsplaat en door de zijdelingse stromingsdoorgangen. Hierdoor wordt de stralingsplaat direct convectief verhit door de hete verbrandingsgassen en indirekt door straling van de branderkamerwanden en de geleidingsplaten.

Tot een gelijkmatige verhitting van de stralingsplaat kan volgens de uitvinding worden bijgedragen indien de branders uitmonden achter een gemeenschappelijke stuwplaat.

Eveneens zal het tot een gelijkmatige verhitting van de stralingsplaat bijdragen en ook de warmte-overdracht van hete gassen op de stralingsplaat te verbeteren indien volgens de uitvinding de stromingsdoorgangen evenwijdig aan de stralingsplaat in stroomafwaartse richting convergeren.

In nadere uitwerking van de uitvinding kunnen de branders zijn uitgevoerd als hoge-snelheids-tweetrapsbranders en in de afvoerspleten kunnen door middel van schotten aftak-doorgangen voor verbrandingsgas zijn gevormd, welke via ruimten achter de geleideplaten in verbinding staan met de branderkamer op het niveau van de tweede verbrandingstrap.

Door de injecteurwerking van de branders wordt een deel van de verbrandingsgassen achter de L-vormige geleidingsplaten om, uit de aftak-doorgangen teruggezogen naar de ingang van de branderkamer en aldaar wordt het gerecirculeerde verbrandingsgas gemengd met de hete verbrandingsgassen en nog niet verbrand gas uit de eerste verbrandingstrap.

Door de verbranding van het gas in twee trappen en door de koelende werking van het gerecirculeerde verbrandingsgas wordt de vlamtemperatuur verlaagd en de NOx-emissie beperkt.

De door het bijmengen van retourgas vergrote gasstroom in de branderkamer draagt eveneens bij tot het gelijkmatig verhitten van de stralingsplaat.

Ter verduidelijking van de uitvinding zal, onder verwijzing naar de tekening, een uitvoeringsvoorbeeld van de compacte gasgestookte infraroodstraler in gesloten uitvoering worden beschreven. *

Volgens de tekening, die de brander in dwarsdoorsnede toont, is deze voorzien van een huis 1 met zijwanden 2 die zich loodrecht op het papier over bijvoorbeeld een lengte van 1 meter uitstrekken, een daarop aansluitende achterwand 3, terwijl de open voorzijde van het huis 1 wordt begrensd door U-vormig omgezette langsranden 4 van de zijwanden 2. Het huis 1 is dubbelwandig uitgevoerd met een spouw £..

De open voorzijde van het huis 1 wordt afgesloten door een stralingsplaat 5 van hittebestendig metaal, van keramisch materiaal of van kwartsglas.

In het middenlangsvlak M-M van het huis 1 is in langsrichting van het huis een rij branders 6 opgesteld, welke in de afgeheelde uitvoeringsvorm zijn uitgevoerd als hoge-snelheids tweetrapsbranders. De rij branders 6 hebben een gemeenschappelijke branderkop 7 waarin respectieve gas-toevoerdoorgangen 8 uitmonden en waarin instroomopeningen 9 voor verbrandingslucht zijn aangebracht. De gemeenschappelijke branderkop wordt aan de uitlaatzijde afgesloten door een geperforeerde stuwplaat 10.

Tussen de branderkop 7 en de stralingsplaat 5 is een smalle branderkamer 11 gedefinieerd door twee L-vormige geleidingsplaten 12 die symmetrisch ten opzichte van het middenlangsvlak M-M zijn opgesteld.

De branderkamer 11 begint op een afstand s. van de branderkop 7, strekt zich loodrecht op de stralingsplaat 5 uit en mondt nabij de stralingsplaat, op een afstand b daarvan, uit in zich naar weerszijden van het middenlangsvlak M-M van het huis 1 uitstrekkende, bij de langszijranden 13 van de geleidingsplaten 12, in afvoerspleten 14 eindigende stromingsdoorgangen 15. De hoogte van de stromingsdoorgangen 15 neemt geleidelijk af van b naar bl, waarbij b > b'.

In de afvoerspleten 14 zijn door schotten 16 aftakdoorgangen 17 afgescheiden welke via ruimten 18 achter de L-vormige geleideplaten 12 in verbinding staan met de ingangszijde van de branderkamer 11, stroomafwaarts van de stuwplaat 10.

Op de afvoerspleten 14 van de stromingsdoorgangen 15 voor verbrandingsgassen sluiten kanalen 19 aan die de stromingsdoorgangen 15 verbinden met warmtewisselaars 20 en afvoerkanalen 21 voor verbrandingsgas.

In de warmtewisselaars 20 is een doorgang 22 aangegeven, die in de afgebeelde uitvoeringsvorm wordt gevormd door een vinpijp. De vinpijp 22 staat enerzijds via de spouw £. in de dubbele huiswand 2 in verbinding met een inlaat 23 voor verbrandingslucht, welke kan zijn aangesloten op de perszijde van een niet afgebeelde ventilator. Anderzijds staat de vinpijp 22 via een kanaal 24 in verbinding met een ruimte 25 waaruit via de instroomopeningen 9 verbrandingslucht in de branderkop 7 kan stromen.

De brander volgens de uitvinding in de afgebeelde uitvoeringsvorm werkt als volgt:

De rij branders 6 wordt onder druk gevoed met gas via de gastoevoer 8 en met lucht via de inlaat 23, de spouw £ in de huiswand 2, de vinpijp 22 in de warmtewisselaar 20, de ruimte 25 en de instroomopeningen 9 in de branderkop 7. De eerste verbrandingstrap speelt zich af in de branderkop 7. Het door de geperforeerde stuwplaat 10 geperste mengsel van volledig en gedeeltelijk verbrand gas wordt, gelijkmatig over de lengte van de brander verdeeld, in de branderkamer 11 geblazen waarbij de stralingsplaat zowel rechtstreeks convectief wordt verhit door de hete verbrandingsgassen, als indirect door straling van de wanden van de verbrandingskamer en van de zich in hoofdzaak evenwijdig aan de stralingsplaat uitstrekkende delen van de L-vormige geleideplaten 12. De geleideplaten kunnen daarbij bestaan uit hittebestendig metaal, keramisch materiaal of kwartsglas en fungeren dan als secundaire straler. Bij gebruik van een kwartsglas plaat 5 zal een deel van de straling, afkomstig van de secundaire straler 12 het te verwarmen produkt rechtstreeks bereiken met een kortere golflengte.

Door de injecteurwerking van de, met onder druk staand gas en verbrandingslucht gevoede hoge-snelheidsbranders 6 wordt bij de ingang van de verbrandingskamer 11, onder de stuwplaat 10, een onderdruk opgewekt waardoor via de ruimte 18 achter elke geleideplaat 12 een deel van het verbrandingsgas via de aftakdoorgangen 17 wordt gerecirculeerd en met het in de branderkamer verbrandende mengsel wordt verbrand. Door deze verbrandingsgasrecirculatie wordt de vlamtemperatuur verlaagd en wordt de NOx-uitstoot gereduceerd.

Het niet gerecirculeerde deel van de verbrandingsgassen stroomt door de afvoerspleten 14 aan het einde van de stromingsdoorgangen 15, via de kanalen 19 door de warmtewisselaars 20 waarin warmte wordt afgestaan aan instromende verbrandingslucht alvorens de verbrandingsgassen via de kanalen 21 worden afgevoerd.

De via de spouw q. instromende lucht koelt de wand 2 van het huis 1 en wordt op weg naar de branderkop 7 in de warmtewisselaar voorverwarmd.

Een goede warmteoverdracht van de warmte in de verbrandingsgassen naar de stralingsplaat kan worden bevorderd door de stralingsplaat uit te voeren met geleidingsvinnen of -rillen 26.

De gasgestookte infrarood-stralingsbrander in gesloten uitvoering kan zijn uitgevoerd met een lengte van 100 cm, een breedte van 25 cm en een hoogte van 10 cm. De afmetingen van de stralingsplaat 5 bedragen 100 x 25 cm. De stralingscapaciteit bedraagt 25 Kw.

Claims (10)

1. Gasgestookte infrarood-stralingsbrander voorzien van een langwerpig, doosvormig, een verbrandingskamer (11) omvattend huis (1), waarvan een naar een te verwarmen object te richten zijde in hoofdzaak open is en van de verbrandingskamer een buitenwand wordt gevormd door een in de open zijde van het huis gelegen stralingsplaat (5), waarbij binnen de verbrandingskamer, over de lengte van het huis (1) verdeeld, voorzieningen (8) aanwezig zijn voor het toevoeren van gas en verder doorgangen (23, £, 22, 24, 25, 9) aanwezig zijn via welke verbrandingslucht kan worden toegevoerd en waarbij binnen de verbrandingskamer leischotten (12) aanwezig zijn voor het langs de binnenzijde van de stralingsplaat (5) leiden van verbrandingsgassen, met het kenmerk, dat de stralingsplaat (5) het huis (1) volledig afsluit.

2. Gasgestookte ÏR-stralingsbrander volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat stroomafwaarts van de verbrandingskamer (11) binnen het huis (1) tenminste één warmte-wisselaar (22) is aangebracht waarvan de gescheiden doorgangen in verbinding staan met een verbrandingsgas-uitlaat (14) bij de verbrandingskamer, respectievelijk met een verbrandingslucht-inlaat (23) aan de achterzijde van het huis (1).

3. Gasgestookte IR-stralingsbrander volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat een rij branders (6), loodrecht gericht op het midden van de stralingsplaat (5) volgens het langsmiddenvlak (M-M) van het huis (1) zijn aangebracht en dat aan weerszijden van het middenlangsvlak (M-M) van het branderhuis (1) in dwarsdoorsnede in hoofdzaak L-vormige geleidingsplaten (12) symmetrisch zijn opgesteld, zodanig dat deze een op afstand (&) van de branderrij (6) aanvangende, smalle branderkamer (11) tegenover de branderrij (6) begrenzen, welke branderkamer (11) nabij de stralingsplaat (5) uitmondt in zich naar weerszijden van het middenlangsvlak (M-M) van het huis (1) uitstrekkende, bij de langszijranden (13) van de geleidingsplaten, in afvoerspleten (14) eindigende stromingsdoorgangen (15) .

4. Gasgestookte IR-stralingsbrander volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de branders (6) uitmonden achter een gemeenschappelijke stuwplaat (10).

5. Gasgestookte IR-stralingsbrander volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat de stromingsdoorgangen (15) evenwijdig aan de stralingsplaat (5) in stroomafwaartse richting convergeren (b -> b').

6. Gasgestookte IR-stralingsbrander volgens een van de conclusies 2-5, met het kenmerk, dat de branders zijn (6) uitgevoerd als hoge-snelheids-tweetrapsbranders en in de afvoerspleten (14) door middel van schotten (16) aftakkingen (17) voor verbrandingsgas zijn gevormd, welke via ruimten (18) achter de geleideplaten (12) in verbinding staan met de branderkamer (11) op het niveau van de tweede verbrandingstrap.

7. Gasgestookte IR-stralingsbrander volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de stralingsplaat (5) is vervaardigd van hittebestendig metaal, van keramisch materiaal of van kwartsglas.

8. Gasgestookte IR-stralingsbrander volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de geleideplaten (12) zijn vervaardigd van hittebestendig metaal, van keramisch materiaal of van kwartsglas.

9. Gasgestookte IR-stralingsbrander volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de stralingsplaat aan de branderzijde is voorzien van geleidingsvinnen of -rillen (26) .

10. Gasgestookte IR-stralingsbrander volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het huis (1) althans ten dele dubbelwandig is uitgevoerd, waarbij de spouw (£) deel uitmaakt van de het toevoertraject van de verbrandingslucht.