WO2023104827A1 - Hellstrahler - Google Patents

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WO2023104827A1
WO2023104827A1 PCT/EP2022/084658 EP2022084658W WO2023104827A1 WO 2023104827 A1 WO2023104827 A1 WO 2023104827A1 EP 2022084658 W EP2022084658 W EP 2022084658W WO 2023104827 A1 WO2023104827 A1 WO 2023104827A1
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WO
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combustion air
supply
burner
radiant
hydrogen
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/084658
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Edgar Kreis
Alexander GENZEL
Torsten Stohler
Thomas Renner
Original Assignee
Schwank Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Schwank Gmbh filed Critical Schwank Gmbh
Priority to CA3219585A priority Critical patent/CA3219585A1/en
Priority to DE112022003634.6T priority patent/DE112022003634A5/de
Priority to CN202280030726.2A priority patent/CN117242299A/zh
Publication of WO2023104827A1 publication Critical patent/WO2023104827A1/de

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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
    • F23D14/14—Radiant burners using screens or perforated plates
    • 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 
    • F23C2202/00—Fluegas recirculation
    • F23C2202/10—Premixing fluegas with fuel and combustion air
    • 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 
    • F23C2202/00—Fluegas recirculation
    • F23C2202/50—Control of recirculation rate
    • 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 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/9901—Combustion process using hydrogen, hydrogen peroxide water or brown gas as fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2203/00—Gaseous fuel burners
    • F23D2203/005—Radiant burner heads

Definitions

  • the invention relates to a light radiator, with a burner, a fan and a radiant plate that serves as a radiation surface and is provided with flame passage channels, the burner being connected to a fuel gas supply, the fan being set up to supply combustion air to the burner, the burner being set up to cause a flat glow of the radiant panel.
  • infrared heaters are often used to heat production and storage facilities. These generate infrared radiation, which is used to generate heat.
  • infrared heaters compared to conventional heating systems is that they emit their heat with almost no loss. On the other hand, draughts, as they occur with conventional combustion systems, are avoided.
  • Infrared radiators are divided into light and dark radiators. While with dark radiators the heat is generated by burning a fuel gas-air mixture in a closed tube, in which the surface of the tube heated by the hot gases generated emits the heat mainly as radiation, with bright radiators a fuel gas-air mixture is applied to the surface of one or more of these arranged ceramic radiant panels burned. Either natural gas or liquid gas (propane gas or biogas) is used as the fuel gas.
  • the name "light heater” is based on the visible combustion of the combustible gas-air mixture on the ceramic radiant panel, which glows as a result.
  • the ceramic radiant panel has flame passage channels arranged parallel to one another with frequently conical indentations attached to the radiation side.
  • the flame formation occurs essentially in the depressions, as a result of which the side walls of the depressions and the webs formed between the depressions are heated uniformly.
  • the ceramic radiant panel can reach temperatures of 950°C and more.
  • the combustion gases are released into the room air delivered.
  • Such luminous radiators are described, for example, in EP 2 014 980 A1.
  • DE 10 2014 019 766 A1 also describes a light radiator in which the calorific value of the fuel gas is determined by means of sensors and the supply of combustion air is regulated as a function of the optimal mixing ratio for this purpose.
  • the modern light radiators have proven themselves in practice and have relatively low pollutant emissions with a high level of efficiency.
  • the object of the present invention is to provide a light radiator whose pollutant emissions are further reduced with at least the same level of efficiency. According to the invention, this object is solved by the features of the characterizing part of patent claim 1.
  • a light radiator which has an efficiency that is at least the same as in the prior art and in which the pollutant emissions are reduced. Due to the fact that the fuel gas supply is preferably connected exclusively to a hydrogen source, the exhaust gas theoretically does not contain any carbon-containing pollutants such as carbon monoxide, carbon dioxide or hydrocarbons, since hydrogen does not contain any carbon.
  • the hydrogen supply and the fan are designed and aligned in such a way that the hydrogen flow and the combustion air flow are set at an angle to one another, the angle preferably being less than or equal to 90 degrees and greater than or equal to 45 degrees. This achieves good mixing of hydrogen and combustion air.
  • a reflector is arranged, which encloses the radiating surface of the radiant panel and delimits an exhaust gas chamber, with a combustion air mixing chamber being arranged upstream of the burner, which is connected to a combustion air source and the exhaust gas chamber.
  • the exhaust gas chamber is connected to the combustion air mixing chamber via an ejector, the driving medium of the ejector being combustion air introduced by the blower and the medium sucked into the combustion air mixing chamber being exhaust gas located in the exhaust gas chamber.
  • An adjusting device is preferably arranged, via which the ratio of the volumetric flow of combustion air to the volumetric flow of exhaust gas sucked in by the ejector can be adjusted.
  • the combustion air mixing space is arranged inside the fan. This results in good mixing of combustion air and exhaust gas.
  • the hydrogen supply is routed over a surface area via a distributor plate, which is arranged parallel at a distance from the radiant plate and which delimits a fuel mixing chamber.
  • a distributor plate which is arranged parallel at a distance from the radiant plate and which delimits a fuel mixing chamber.
  • the fuel gas supply can also be connected to a hydrogen/combustion air mixture source, with the hydrogen concentration in the mixture being supplied above the upper explosion limit, which is why the hydrogen/combustion air mixture is not ignitable. In this way, only a very small amount of acid substance content in the combustion air introduced into the mixing chamber.
  • a supply air duct is arranged which at least partially encompasses the distributor plate and which is connected to the blower.
  • the supply air duct is preferably designed in such a way that combustion air flows over the entire surface of the distributor plate. This achieves uniform mixing with the hydrogen flowing through the distributor plate.
  • an optical sensor is arranged, which is set up to detect at least one parameter of the flame generated by the burner.
  • the sensor is advantageously a UV sensor. This achieves flame detection of the invisible hydrogen flame.
  • the optical sensor is aligned with the radiant panel at a preferably obtuse angle. This achieves reliable flame detection.
  • a reflector is arranged which encloses the radiant panel at least in regions and is provided with a window, the optical sensor being aligned from outside the reflector through the window onto the radiant panel. This achieves flame detection in a position of the sensor that is protected from heat.
  • the optical sensor is connected to an actuating device connected to the blower for interrupting and/or adjusting the supply of combustion air.
  • the optical sensor is preferably connected to an actuating device connected to the fuel gas feed for interrupting and/or adjusting the hydrogen feed. This enables the combustion air/hydrogen mixture to be influenced or the hydrogen supply to be switched off depending on the state of the flame.
  • the actuating device is connected to a control and regulation module that is programmed to adjust the flame properties using stored setpoint parameters by changing the amounts of hydrogen and/or combustion air.
  • FIG. 1 shows the schematic representation of a light radiator
  • FIG. 2 shows the schematic representation of a light radiator in a further embodiment
  • Figure 3 shows the schematic representation of a light radiator in a third embodiment
  • FIG. 4 shows the schematic representation of a light radiator in a fourth embodiment with distributor plate and radiant panel.
  • the light radiator chosen as an exemplary embodiment according to FIG. A reflector 4 is arranged around the burner 1 .
  • the burner 1 comprises a fuel mixing chamber 11 delimited by a ceramic radiant plate 12 .
  • the ceramic radiant panel 12 is provided in a known manner with a hole pattern extending over the entire surface, which is formed from cylindrical flame passage channels which are formed on the outwardly directed side of the radiant panel 12 to widen conically.
  • a hydrogen feed 2 is arranged orthogonally to the radiant plate 12 opposite it and opens into the fuel mixing chamber 11 .
  • a pressure line 31 opens into the fuel mixing chamber 11 , which is connected to the blower 3 .
  • the fan 3 is connected on its suction side to an ejector 32, the driving connection of which is connected to a combustion air supply 33 and the suction connection of which is connected to an exhaust gas supply line 34 which is routed through the reflector.
  • a recirculation diaphragm 35 is arranged in the exhaust gas supply line 34 .
  • the combustion air flow sucked in by the blower 3 through the combustion air supply 33 serves here as a driving medium, through which a part of the exhaust gas cushion 381 located inside the reflector 4 is sucked in through the recirculation orifice 35 .
  • the proportion of the exhaust gas stream in the combustion air stream can be adjusted by the recirculation orifice 35, which in turn determines the oxygen content of the exhaust gas/combustion air stream mixture.
  • the rest of the exhaust gas stream flows out of the reflector 4 into the ambient air.
  • a combustion air mixing chamber 39 is integrated into the fan 3 .
  • the fuel mixing chamber 11 is supplied by the blower 3 with an exhaust gas/combustion air mixture, which is ignited with the hydrogen stream introduced by the hydrogen supply 2 after exiting through the radiant plate 12 by an ignition electrode 13 arranged on the burner 1 outside in front of the radiant plate 12. whereby a flame carpet is generated on the outside of the radiant panel 12 .
  • the combustion essentially takes place in the conically widened sections of the flame passage channels of the radiant panel 12, as a result of which the latter is heated to a bright red glow on its outer surface.
  • the flame temperature can be regulated by the oxygen content of the exhaust gas/combustion air flow mixture, which can be adjusted via the recirculation orifice 35 .
  • a hydrogen feed line 2 is in turn arranged orthogonally thereto, which feeds into the fuel mixing chamber 11 .
  • a pressure line 31 opens into the mixing chamber, which is connected to the blower 3.
  • the fan 3 is connected on the suction side to a combustion air supply, with an ejector 36 being installed in the pressure line 31 within the reflector 4. is set, through which a pressure line 31 radially spanning suction gap 37 is formed.
  • the section of the pressure line 31 adjoining the ejector 36 forms the combustion air mixing chamber 37.
  • the combustion air flow introduced into the pressure line 31 via the blower 3 sucks in an exhaust gas flow 38 via the suction gap 37 from the exhaust gas cushion 381 formed inside the reflector 4 and mixes with the combustion air flow.
  • the exhaust gas/combustion air mixture exiting the combustion air mixing chamber 37 of the pressure line 31 is mixed in the fuel mixing chamber 11 with the hydrogen stream introduced by the hydrogen supply 2 and again, after exiting through the radiant panel 12, by a flow on the burner 1 outside in front of the radiant panel 12 arranged the ignition electrode 13 ignited.
  • a UV sensor 43 is introduced into the sensor holder and is connected via an electrical line 44 to an actuating device (not shown) for interrupting the supply of hydrogen.
  • the UV sensor 43 is aligned at an angle of 45° to the radiant panel 12 . If no flame is detected by the UV sensor 43, the supply of hydrogen is interrupted by the actuating device.
  • the actuating device or a control and regulation module connected to it can also be additionally connected to the ignition electrode 13 and set up in such a way that if no flame is detected, the ignition electrode 13 is first activated and only after a further absence of a flame is there an interruption the hydrogen supply takes place.
  • a burner 5 is arranged, which in turn is connected to a blower 3 .
  • the burner 5 comprises a fuel mixing chamber 51 which is delimited by a ceramic radiant plate 52 .
  • a hydrogen feed 2 is arranged orthogonally to the radiant plate 52 opposite it and opens into the fuel mixing chamber 51 .
  • a distributor plate 53 is arranged parallel to the radiant plate 52 between the hydrogen feed line 2 and the radiant plate 52 .
  • the distributor plate 53 is flat chig with a hole pattern formed by cylindrical bushings.
  • the hydrogen feed 2 is connected to the distributor plate 53 via a hood-shaped section 21, so that hydrogen flows through the distributor plate 53 over a large area.
  • the fuel mixing chamber 51 is arranged enclosing an air inlet duct 54 whose nozzles 55 are aligned in an imaginary plane parallel to the distributor plate 53 .
  • the supply air duct 54 is connected to the fan 3, through which it is fed.
  • the blower 3 is connected on its suction side to an ejector 32 according to the first exemplary embodiment, the driving connection of which is connected to a combustion air supply 33 and the suction connection of which is connected to an exhaust gas supply line 34 which is routed through the reflector 4 .
  • a recirculation orifice 35 is arranged in the exhaust gas supply line 34 .
  • the combustion air sucked in by the blower 3 through the combustion air supply 33 serves here in turn as a driving medium, through which a part of the exhaust gas cushion 381 located inside the reflector 4 is sucked in through the recirculation orifice 35 .
  • the proportion of the exhaust gas stream in the combustion air stream can also be adjusted here by the recirculation orifice 35, which in turn determines the oxygen content of the exhaust gas/combustion air stream mixture.
  • the rest of the exhaust gas stream flows out of the reflector 4 into the ambient air.
  • the combustion air mixing chamber 39 is also integrated into the fan 3 here.
  • an exhaust gas/combustion air mixture is fed to the fuel mixing chamber 51 by the blower 3 via the air inlet duct 54, which mixture flows over the surface of the distributor plate 53 and which mixes with the hydrogen flowing through the distributor plate 53 before it passes through an ignition electrode arranged in the fuel mixing chamber 51 13 is ignited.
  • the channels of the radiant panel 52 are flowed through by the hot combustion exhaust gas and thus brought to the required temperature.
  • the distribution plate 53 is cooled by the two-dimensional exhaust gas/combustion air mixture flow generated by the supply air duct 54 above the distribution plate 53 , as a result of which a flashback through the distribution plate 53 is prevented.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hellstrahler, mit einem Brenner (1, 5), einem Gebläse (3) und einer als Abstrahlungsfläche dienenden, mit Flammendurchrittskanälen versehenen Strahlplatte (12), wobei der Brenner (1, 5) mit einer Brenngaszuführung verbunden ist, wobei das Gebläse (3) dazu eingerichtet ist, dem Brenner (1, 5) Verbrennungsluft zuzuführen, wobei der Brenner (1, 5) eingerichtet ist, ein flächiges Glühen der Strahlplatte (12, 52) zu bewirken, und wobei die Brenngaszuführung mit einer Wasserstoffquelle als Brenngasquelle verbunden ist.

Description

Hellstrahler
Die Erfindung betrifft einen Hellstrahler, mit einem Brenner, einem Gebläse und einer als Abstrahlungsfläche dienenden, mit Flammendurchtrittskanälen versehenen Strahlplatte, wobei der Brenner mit einer Brenngaszuführung verbunden ist, wobei das Gebläse dazu eingerichtet ist, dem Brenner Verbrennungsluft zuzuführen, wobei der Brenner eingerichtet ist, ein flächiges Glühen der Strahlplatte zu bewirken.
Im gewerblichen und industriellen Bereich werden zur Beheizung von Produkti- ons- und Lagerstätten häufig Infrarotstrahler eingesetzt. Diese erzeugen eine Infrarotstrahlung, welche zur Wärmeerzeugung genutzt wird. Der Vorteil von Infrarotstrahlern gegenüber konventionellen Heizungssystemen ist zum einen, dass diese ihre Wärme nahezu verlustfrei abgeben. Zum anderen werden Zuglufterscheinungen, wie sie bei konventionellen Verbrennungssystemen auftreten, vermieden.
Infrarotstrahler werden in Hell- und Dunkelstrahler unterschieden. Während bei Dunkelstrahlern die Wärme durch Verbrennung eines Brenngas-Luftgemisches in einem geschlossenen Rohr erzeugt wird, bei der die Oberfläche des durch die erzeugten Heißgase erwärmten Rohres die Wärme überwiegend als Strahlung abgibt, wird bei Hellstrahlern ein Brenngas-Luftgemisch an der Oberfläche einer oder mehrerer hierzu angeordneter keramischer Strahlplatten verbrannt. Als Brenngas wird entweder Erdgas oder Flüssiggas (Propangas oder Biogas) verwendet. Der Name Hellstrahler basiert auf der sichtbaren Verbrennung des Brenngas-Luftgemischs auf der keramischen Strahlplatte, welche hierdurch aufglüht. Hierzu weist die keramische Strahlplatte parallel zueinander angeordnete Flammendurchtrittskanäle mit zur Abstrahlungsseite angebrachten, häufig konischen Vertiefungen auf. Bei der Verbrennung erfolgt die Flammbildung im Wesentlichen in den Vertiefungen, wodurch eine gleichmäßige Erwärmung der Seitenwände der Vertiefungen und den zwischen den Vertiefungen gebildeten Stegen erfolgt. Die keramische Strahlplatte kann hierbei Temperaturen von 950°C und mehr erreichen. Die Verbrennungsabgase werden an die Raumluft abgegeben. Derartige Hellstrahler sind beispielsweise in der EP 2 014 980 A1 beschrieben.
Um die bei der Verbrennung des Brennstoffs entstehende Schadstoffe zu minimieren, ist es ein stetiges Bestreben, ein optimales stöchiometrisches Verhältnis zwischen Brenngas und Luft zu erreichen, um eine möglichst vollständige Verbrennung zu erzielen, bei der die Schadstoffemission minimiert ist. Bei modernen Hellstrahlern werden bereits sehr gute Abgaswerte erzielt, was unter anderem durch eine Anpassung von Brenngas und/oder Luft in den Brenner erzielt wird. In der DE 10 2014 019 766 A1 ist weiterhin ein Hellstrahler beschrieben, bei dem mittels Sensoren der Brennwert des Brenngases ermittelt wird und in Abhängigkeit des hierfür optimalen Mischungsverhältnisses die Zufuhr der Verbrennungsluft geregelt wird.
Die modernen Hellstrahler haben sich in der Praxis bewährt und weisen einen verhältnismäßig geringen Schadstoffausstoß bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad auf. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hellstrahler bereitzustellen, dessen Schadstoffausstoß bei zumindest gleichem Wirkungsgrad weiter vermindert ist. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
Mit der Erfindung ist ein Hellstrahler bereitgestellt, der einen im Vergleich zum Stand der Technik zumindest gleichbleibenden Wirkungsgrad aufweist und bei dem der Schadstoffausstoß vermindert ist. Dadurch, dass die Brenngaszuführung vorzugsweise ausschließlich mit einer Wasserstoffquelle verbunden ist, sind in dem Abgas theoretisch keine kohlenstoffhaltigen Schadstoffe wie Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid oder Kohlenwasserstoffe enthalten, da Wasserstoff keinen Kohlenstoff enthält.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Wasserstoffzuführung und das Gebläse derart ausgebildet und ausgerichtet, dass Wasserstoffströmung und Verbrennungsluftströmung in einem Winkel zueinander angestellt sind, wobei der Winkel vorzugsweise kleiner gleich 90 Grad und größer gleich 45 Grad beträgt. Hierdurch ist eine gute Vermischung von Wasserstoff und Verbrennungsluft erzielt.
In Ausgestaltung der Erfindung ist ein Reflektor angeordnet, der die Abstrahlungsfläche der Strahlplatte einfasst und der einen Abgasraum begrenzt, wobei dem Brenner vorgeschaltet ein Verbrennungsluft-Mischraum angeordnet ist, der mit einer Verbrennungsluftquelle und dem Abgasraum verbunden ist. Durch die Zuführung von Abgasen zur Verbrennungsluft ist eine Sauerstoffminderung erzielt, wodurch eine Senkung der Flammtemperatur ermöglicht ist. Darüber hinaus ist durch die Rezirkulation des Abgases eine Minderung der Stickoxidemis- sion bewirkt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Abgasraum mit dem Verbrennungsluft-Mischraum über einen Ejektor verbunden, wobei das Treibmedium des Ejektors durch das Gebläse eingebrachte Verbrennungsluft und das in den Verbrennungsluft-Mischraum angesaugte Medium in dem Abgasraum befindliches Abgas ist. Hierdurch ist ein definiertes Verhältnis von Verbrennungsluft und Abgas erzielt. Bevorzugt ist eine Stellvorrichtung angeordnet, über die das Verhältnis des Verbrennungsluftvolumenstroms zum angesaugten Abgasvolumenstrom des Ejektors einstellbar ist.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Verbrennungsluft-Mischraum innerhalb des Gebläses angeordnet. Hierdurch ist eine gute Vermischung von Verbrennungsluft und Abgas bewirkt.
In Ausgestaltung der Erfindung ist die Wasserstoffzufuhr flächig über eine Verteilerplatte geführt, die parallel beabstandet zur Strahlplatte angeordnet ist und die eine Brennstoffmischkammer begrenzt. Hierdurch ist eine gleichmäßige, flächige Wasserstoff-Verbrennungsluft-Vermischung bei gleichzeitiger Vermeidung eines Flammrückschlages bewirkt. Vorteilhaft kann die Brenngaszuführung auch mit einer Wasserstoff-Verbrennungsluftgemisch-Quelle verbunden sein, wobei die Wasserstoffkonzentration in dem Gemisch oberhalb der oberen Explosionsgrenze zugeführt wird, weshalb das Wasserstoff-Verbrennungsluftgemisch nicht zündfähig ist. Auf diese Weise ist nur ein sehr geringer Sauer- stoffgehalt in der in die Mischkammer eingebrachten Verbrennungsluft erforderlich.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein die Verteilerplatte zumindest bereichsweise umfassender Zuluftkanal angeordnet, der mit dem Gebläse verbunden ist. Bevorzugt ist der Zuluftkanal derart ausgebildet, dass eine flächige Überströmung der Verteilerplatte mit Verbrennungsluft bewirkt ist. Hierdurch ist eine gleichmäßige Vermischung mit dem die Verteilerplatte durchströmenden Wasserstoff erzielt.
In Weiterbildung der Erfindung ist optischer Sensor angeordnet, der eingerichtet ist, wenigstens einen Parameter der durch den Brenner erzeugten Flamme zu detektieren. Vorteilhaft ist der Sensor ein UV-Sensor. Hierdurch ist eine Flammerkennung der unsichtbaren Wasserstoffflamme erzielt.
In Ausgestaltung der Erfindung ist der optische Sensor einen vorzugsweise stumpfen Winkel mit der Strahlplatte einschließend auf diese ausgerichtet. Hierdurch ist eine zuverlässige Flammenerkennung erzielt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein die Strahlplatte zumindest bereichsweise einfassender Reflektor angeordnet, der mit einem Fenster versehen ist, wobei der optische Sensor von außerhalb des Reflektors durch das Fenster auf die Strahlplatte ausgerichtet ist. Hierdurch ist eine Flammenerkennung in vor Hitze geschützter Position des Sensors erzielt.
In Weiterbildung der Erfindung ist der optische Sensor mit einer mit dem Gebläse verbundenen Stelleinrichtung zur Unterbrechung und/oder zur Einstellung der Verbrennungsluftzufuhr verbunden. Bevorzugt ist der optische Sensor mit einer mit der Brenngaszuführung verbundenen Stelleinrichtung zur Unterbrechung und/oder zur Einstellung der Wasserstoffzufuhr verbunden. Hierdurch ist eine Beeinflussung des Verbrennungsluft-Wasserstoffgemischs oder auch eine Abschaltung der Wasserstoffzufuhr in Abhängigkeit vom Flammenzustand ermöglicht. In Ausgestaltung der Erfindung ist die Stelleinrichtung mit einem Steuer- und Regelmodul verbunden, das programmiert ist, die Flammeigenschaften anhand hinterlegter Sollparameter durch Veränderung der Wasserstoff- und/oder Verbrennungsluftmengen einzuregeln.
Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend im Einzelnen beschreiben. Es zeigen:
Figur 1 die schematische Darstellung eines Hellstrahlers;
Figur 2 die schematische Darstellung eines Hellstrahlers in einer weiteren Ausführungsform;
Figur 3 die schematische Darstellung eines Hellstrahlers in einer dritten Ausführungsform und
Figur 4 die schematische Darstellung eines Hellstrahlers in einer vierten Ausführungsform mit Verteilerplatte und Strahlplatte.
Der als Ausführungsbeispiel gewählte Hellstrahler gemäß Figur 1 umfasst einen Brenner 1 , der mit einer Wasserstoffzuführung 2 und einem Gebläse 3 verbunden ist. Den Brenner 1 umfassend ist ein Reflektor 4 angeordnet.
Der Brenner 1 umfasst eine Brennstoffmischkammer 11 , die von einer keramischen Strahlplatte 12 begrenzt ist. Die keramische Strahlplatte 12 ist in bekannter Art und Weise mit einem sich über die gesamte Fläche erstreckenden Lochmuster versehen, das aus zylindrischen Flammdurchtrittskanälen gebildet ist, die an der nach außen gerichteten Seite der Strahlplatte 12 sich konisch erweiternd ausgebildet sind. Der Strahlplatte 12 gegenüberliegend ist orthogonal zu dieser eine Wasserstoffzuführung 2 angeordnet, die in der Brennstoffmischkammer 11 mündet. Rechtwinklig zur Wasserstoffzuführung 2 mündet eine Druckleitung 31 in der Brennstoffmischkammer 11 , die mit dem Gebläse 3 verbunden ist. Das Gebläse 3 ist an seiner Saugseite mit einem Ejektor 32 verbunden, dessen Treibanschluss mit einer Verbrennungsluftzuführung 33 und dessen Sauganschluss mit einer Abgaszuführungsleitung 34 verbunden ist, die durch den Reflektor hindurchgeführt ist. In der Abgaszuführungsleitung 34 ist eine Rezirkula- tionsblende 35 angeordnet. Der durch das Gebläse 3 durch die Verbrennungsluftzuführung 33 angesaugte Verbrennungsluftstrom dient hier als Treibmedium, durch das eine Ansaugung eines Teils des innerhalb des Reflektors 4 befindlichen Abgaspolsters 381 durch die Rezirkulationsblende 35 bewirkt ist. Durch die Rezirkulationsblende 35 ist der Anteil des Abgasstroms in dem Verbrennungsluftstrom einstellbar, wodurch wiederum der Sauerstoffgehalt des Abgas- Verbrennungsluftstrom-Gemischs bestimmt ist. Der übrige Abgasstrom strömt aus dem Reflektor 4 in die Umgebungsluft. In das Gebläses 3 ist ein Verbrennungsluft-Mischraum 39 integriert.
Druckseitig wird der Brennstoffmischkammer 11 durch das Gebläse 3 ein Abgas -Verbrennungsluft-Gemisch zugeführt, das mit dem durch die Wasserstoffzuführung 2 eingebrachten Wasserstoffstrom nach Austritt durch die Strahlplatte 12 durch eine an dem Brenner 1 außen vor der Strahlplatte 12 angeordnete die Zündelektrode 13 entzündet wird, wodurch außen auf der Strahlplatte 12 ein Flammteppich erzeugt wird. Die Verbrennung findet im Wesentlichen in den konisch erweiterten Abschnitten der Flammdurchtrittskanäle der Strahlplatte 12 statt, wodurch diese an ihrer Außenfläche hellrotglühend erhitzt wird. Durch den über die Rezirkulationsblende 35 einstellbaren Sauerstoffgehalt des Abgas- Verbrennungsluftstrom-Gemischs ist die Flammtemperatur regulierbar.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist der Brenner 1 entsprechend dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ausgebildet und wiederum von einem Reflektor 4 umfasst. Der Strahlplatte 12 des Brenners 1 gegenüberliegend ist wiederum orthogonal zu dieser eine Wasserstoffzuführung 2 angeordnet, die in der Brennstoffmischkammer 11 mündet. Rechtwinklig zur Wasserstoffzuführung 2 mündet eine Druckleitung 31 in der Mischkammer, die mit dem Gebläse 3 verbunden ist. Abweichend von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Gebläse 3 saugseitig mit einer Verbrennungsluftzuführung verbunden, wobei in der Druckleitung 31 innerhalb des Reflektors 4 ein Ejektor 36 einge- setzt ist, durch den ein die Druckleitung 31 radial umspannender Saugspalt 37 gebildet ist. Der sich an den Ejektor 36 anschließende Abschnitt der Druckleitung 31 bildet den Verbrennungsluft-Mischraum 37.
Durch den über das Gebläse 3 in die Druckleitung 31 eingebrachten Verbrennungsluftstrom wird über den Saugspalt 37 aus dem innerhalb des Reflektors 4 gebildeten Abgaspolster 381 ein Abgasstrom 38 eingesaugt, der sich mit dem Verbrennungsluftstrom vermischt. Das aus der dem Verbrennungsluft- Mischraum 37 der Druckleitung 31 austretende Abgas-Verbrennungsluft- Gemisch wird in der Brennstoffmischkammer 1 1 mit dem durch die Wasserstoffzuführung 2 eingebrachten Wasserstoffstrom vermischt und wiederum nach Austritt durch die Strahlplatte 12 durch eine an dem Brenner 1 außen vor der Strahlplatte 12 angeordnete die Zündelektrode 13 entzündet.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist in dem Reflektor 4 eine Sensoraufnahme 41 eingebracht, die ein Fenster 42 aufweist. In die Sensoraufnahme ist ein UV-Sensor 43 eingebracht, der über eine elektrische Leitung 44 mit einer - nicht dargestellten Stelleinrichtung zur Unterbrechung der Wasserstoffzufuhr verbunden ist. Der UV-Sensor 43 ist im Ausführungsbeispiel in einem Winkel von 45° zur Strahlplatte 12 ausgerichtet. Wird durch den UV-Sensor 43 keine Flamme detektiert, so wird die Wasserstoffzufuhr durch die Stelleinrichtung unterbrochen. Die Stelleinrichtung oder ein mit dieser verbundenes Steuer- und Regelmodul kann auch zusätzlich mit der Zündelektrode 13 verbunden und derart eingerichtet sein, dass in dem Fall, dass keine Flamme detektiert wird, zunächst die Zündelektrode 13 aktiviert wird und erst nach weiterem Ausbleiben einer Flamme eine Unterbrechung der Wasserstoffzufuhr erfolgt.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 ist ein Brenner 5 angeordnet, der wiederum mit einem Gebläse 3 verbunden ist. Der Brenner 5 umfasst eine Brennstoffmischkammer 51 , die von einer keramischen Strahlplatte 52 begrenzt ist. Der Strahlplatte 52 gegenüberliegend ist orthogonal zu dieser eine Wasserstoffzuführung 2 angeordnet, die in der Brennstoffmischkammer 51 mündet. Zwischen der Wasserstoffzuführung 2 und der Strahlplatte 52 ist parallel zur Strahlplatte 52 eine Verteilerplatte 53 angeordnet. Die Verteilerplatte 53 ist flä- chig mit einem aus zylindrischen Durchführungen gebildeten Lochmuster versehen. Die Wasserstoffzuführung 2 ist über einen haubenförmigen Abschnitt 21 mit der Verteilerplatte 53 verbunden, sodass eine flächige Durchströmung der Verteilerplatte 53 mit Wasserstoff erfolgt.
Zwischen der Verteilerplatte 53 und der Strahlplatte 52 ist die Brennstoffmischkammer 51 einfassend ein Zuluftkanal 54 angeordnet, dessen Düsen 55 in einer parallel zur Verteilerplatte 53 angestellten, gedachten Ebene ausgerichtet sind. Der Zuluftkanal 54 ist mit dem Gebläse 3 verbunden, durch den er gespeist ist.
Das Gebläse 3 ist an seiner Saugseite entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel mit einem Ejektor 32 verbunden, dessen Treibanschluss mit einer Verbrennungsluftzuführung 33 und dessen Sauganschluss mit einer Abgaszuführungsleitung 34 verbunden ist, die durch den Reflektor 4 hindurchgeführt ist. In der Abgaszuführungsleitung 34 ist eine Rezirkulationsblende 35 angeordnet. Die durch das Gebläse 3 durch die Verbrennungsluftzuführung 33 angesaugte Verbrennungsluft dient hier wiederum als Treibmedium, durch das eine Ansaugung eines Teils des innerhalb des Reflektors 4 befindlichen Abgaspolsters 381 durch die Rezirkulationsblende 35 bewirkt ist. Durch die Rezirkulationsblende 35 ist auch hier der Anteil des Abgasstroms in dem Verbrennungsluftstrom einstellbar, wodurch wiederum der Sauerstoffgehalt des Abgas-Verbrennung- sluftstrom-Gemischs bestimmt ist. Der übrige Abgasstrom strömt aus dem Reflektor 4 in die Umgebungsluft. Auch hier ist der Verbrennungsluft-Mischraum 39 in das Gebläses 3 integriert.
Druckseitig wird der Brennstoffmischkammer 51 durch das Gebläse 3 über den Zuluftkanal 54 ein Abgas -Verbrennungsluft-Gemisch zugeführt, das die Verteilerplatte 53 flächig überströmt und das sich mit dem durch die Verteilerplatte 53 durchströmenden Wasserstoff vermischt, bevor es durch eine in der Brennstoffmischkammer 51 angeordnete Zündelektrode 13 entzündet wird. Die Kanäle der Strahlplatte 52 werden von dem heißen Verbrennungsabgas durchströmt und so auf die erforderliche Temperatur gebracht. Durch die durch den Zuluftkanal 54 über der Verteilerplatte 53 erzeugte flächige Abgas -Verbrennungsluft-Gemisch-Strömung wird die Verteilerplatte 53 gekühlt, wodurch ein Flammenrückschlag durch die Verteilerplatte 53 verhindert ist.

Claims

Patentansprüche Hellstrahler, mit einem Brenner (1 , 5), einem Gebläse (3) und einer als Abstrahlungsfläche dienenden, mit Flammendurchtrittskanälen versehenen Strahlplatte (12), wobei der Brenner (1 , 5) mit einer Brenngaszuführung verbunden ist, wobei das Gebläse (3) dazu eingerichtet ist, dem Brenner (1 , 5) Verbrennungsluft zuzuführen, wobei der Brenner (1 , 5) eingerichtet ist, ein flächiges Glühen der Strahlplatte (12, 52) zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenngaszuführung mit einer Wasserstoffquelle als Brenngasquelle verbunden ist. Hellstrahler nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoffzuführung (2) und das Gebläse (3) derart ausgebildet und ausgerichtet sind, dass Wasserstoffströmung und Verbrennungsluftströmung in einem Winkel zueinander angestellt sind, wobei der Winkel vorzugsweise kleiner gleich 90 Grad und größer gleich 45 Grad beträgt. Hellstrahler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reflektor (4) angeordnet ist, der die Abstrahlungsfläche der Strahlplatte (12, 52) einfasst und der einen Abgasraum begrenzt, wobei dem Brenner (1 , 5) vorgeschaltet ein Verbrennungsluft-Mischraum (39) angeordnet ist, der mit einer Verbrennungsluftquelle und dem Abgasraum verbunden ist. Hellstrahler nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasraum mit dem Verbrennungsluft-Mischraum (39) über einen Ejektor (32, 36) verbunden ist, wobei das Treibmedium des Ejektors (32, 36) durch das Gebläse 3 eingebrachte Verbrennungsluft und das in den Verbrennungsluft-Mischraum (39) angesaugte Medium in dem Abgasraum befindliches Abgas ist. Hellstrahler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stellvorrichtung (35) angeordnet ist, über die das Verhältnis des Verbrennungsluftvolumenstroms zum angesaugten Abgasvolumenstrom des E- jektors (32, 36) einstellbar ist.
6. Hellstrahler nach einem der Ansprüche 3 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsluft-Mischraum (39) innerhalb des Gebläses (3) angeordnet ist.
7. Hellstrahler nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoffzufuhr flächig über eine Verteilerplatte
(53) geführt ist, die parallel beabstandet zur Strahlplatte (52) angeordnet ist und die eine Brennstoffmischkammer (51 ) begrenzt.
8. Hellstrahler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Verteilerplatte (53) zumindest bereichsweise umfassender Zuluftkanal
(54) angeordnet ist, der mit dem Gebläse (3) verbunden ist.
9. Hellstrahler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuluftkanal (54) derart ausgebildet ist, dass eine flächige Überströmung der Verteilerplatte (53) mit Verbrennungsluft bewirkt ist.
10. Hellstrahler nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein optischer Sensor angeordnet ist, der eingerichtet ist, wenigstens einen Parameter der durch den Brenner (1 ) erzeugten Flamme zu detektieren.
1 1 . Hellstrahler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor ein UV-Sensor (43) ist.
12. Hellstrahler nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor einen vorzugsweise stumpfen Winkel mit der Strahlplatte (12) einschließend auf diese ausgerichtet ist.
13. Hellstrahler nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Strahlplatte (12) zumindest bereichsweise einfas- sender Reflektor (4) angeordnet ist, der mit einem Fenster (42) versehen ist, wobei der optische Sensor von außerhalb des Reflektors (4) durch das Fenster (42) auf die Strahlplatte (12) ausgerichtet ist.
14. Hellstrahler nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor mit einer mit dem Gebläse (3) verbundenen Stelleinrichtung zur Unterbrechung und/oder zur Einstellung der Verbrennungsluftzufuhr verbunden ist und/oder dass der optische Sensor mit einer mit der Brenngaszuführung verbundenen Stelleinrichtung zur Unterbrechung und/oder zur Einstellung der Wasserstoffzufuhr verbunden ist.
15. Hellstrahler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung mit einem Steuer- und Regelmodul verbunden ist, das programmiert ist, die Flammeigenschaften anhand hinterlegter Sollparameter durch Veränderung der Wasserstoff- und/oder Verbrennungsluftmengen einzuregeln
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