Die Erfindung betrifft eine Strahlungsheizungsanlage mit wenigstens einer geschlossen von einer Abströmseite zu einer Rückströmseite einer direkt befeuerten Brennkammer geführten Strahlungsrohranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Strahlungsheizungsanlagen mit direkter Befeuerung sind für Erd- und Flüssiggasbetrieb im praktischen Einsatz und beispielsweise in der DE-C Nr. 2743819 erläutert. Die in der Strahlungsrohranordnung umzuwälzende Luft wird dabei direkt in die Brennkammer eingeführt und gelangt dort in Berührung mit der Flamme. Zusammen mit den Abgasen der Flamme, die nur in einer Menge von wenigen Prozenten an der mit hoher Geschwindigkeit von über 10 m/s umgewälzten Luft vorliegen, wird die Luft von der Abgabeseite der Brennkammer dem Saugstutzen eines Umwälzventilators zugeführt, der die Luft als Heizmedium durch zweckmässig paarweise und im Gegenstrom durchströmte Strahlungsrohre der Strahlungsanordnung schickt. Dabei erwärmt das Heizmedium die Oberfläche der Strahlungsrohre, die etwa an der Decke einer Fabrikhalle verlegt sind, so dass diese Strahlungswärme abgeben. Die Strahlungsrohranordnung ist mit ihrem abströmseitigen Ende wieder zur Brennkammer zurückgeführt, so dass von dort die Luft erneut in die Brennkammer eintreten kann. Mittels eines hinter dem Umwälzventilator angeordneten Überdruckrohres wird eine geringe Menge des Heizmediums aus dem Kreislauf heraus und in die Umgebung abgeführt, um trotz der dauernden geringen Mengenzufuhr infolge der in der Brennkammer mitgenommenen Abgase die gesamte Umwälzmenge des Heizmediums konstant zu halten.

Während mit einer solchen Strahlungsheizungsanlage eine Reihe wesentlicher Vorteile wie gleichmässige Wärmeabgabe, fehlende Zugerscheinungen, angenehme Wärmewirkung in der Aufenthaltszone, kein Wärmestau unter der Dekke, niedrige Heizkosten und kurze Anheizzeit im Rahmen der Beheizung grösserer Hallen oder dergleichen erzielt werden, liegt im Falle einer direkten Befeuerung durch die Berührung der Flamme mit der umgewälzten Luft ein Problem darin, dass die umgewälzte Luft Schadstoffe der Abgase mitführt. Die Strahlungsrohre sind in der Regel als Wickelfalzrohre ausgebildet und von daher sowie natürlich auch im Falle örtlicher mechanischer Beschädigungen möglichen Undichtheiten ausgesetzt. Durch diese hindurch könnte Heizmedium mit den Schadstoffen aus dem Abgas den geschlossenen Kreislauf verlassen und in die zu heizende Halle oder dergleichen eindringen, da die Strahlungsrohranordnung das Heizmedium unter Überdruck erhält.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Strahlungsheizungsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei der jegliches Entweichen von Abgasschadstoffen aus der Strahlungsrohranordnung mit Gewissheit ausgeschlossen ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Dadurch, dass der Umwälzventilator in der Nachbarschaft der Rückströmseite der Brennkammer angeordnet ist, liegen die Strahlungsrohre an dessen Saugseite, so dass in ihnen anstelle von Überdruck nun Unterdruck herrscht. Im Falle irgendeines Lecks der Strahlungsrohre wird somit allenfalls Umgebungsluft in geringem Umfange in die Strahlungsrohre eingesaugt, ein Austritt des Heizmediums und damit auch von Schadstoffen aus dem Abgas jedoch mit Gewissheit ausgeschlossen. Ein weiterer Vorteil einer solchen Anordnung des Umwälzventilators liegt darin, dass er am gewissermassen kalten Ende der Strahlungsrohranordnung Heizmedium mit geringer Temperaturfördert und infolgeder höheren Dichte des kühleren Heizmediums besseren Wirkungsgrad und höhere Förderleistung bei gegebener Antriebsleistung besitzt.

Jedoch ergibt die erfindungsgemässe Anordnung des Umwälzventilators an der Rückströmseite der Brennkammer das Problem, dass die Brennkammer selbst und durch die Brennkammer hindurch zumindest ein Teil der Strahlungsrohranordnung mit geringerem Abstand von der Druckseite des Umwälzventilators dennoch unter Überdruck geraten können. Dies ist deshalb nachteilig, weil dann zumindest für einen Teil der Länge der Strahlungsrohranordnung dann mit innerem Überdruck zu rechnen wäre und im Falle des üblichen atmosphärischen Brenners ein Überdruck in der Brennkammer die gewünschte Flammenausbildung verhindern würde. Zwar könnte daran gedacht werden, den Überdruck vor der Brennkammer einfach abzudrosseln, jedoch würde sich dadurch ein sehr erheblicher Energieverlust mit der Notwendigkeit der Installation einer erheblich grösseren Antriebsleitung des Umwälzventilators ergeben, was nicht nur vom Energieverbrauch her generell vermieden werden soll, sondern beim üblichen elektrischen Antrieb des Umwälzventilators im Einzelfall sogar Stromleistungen erfordern würde, die üblicherweise gar nicht installiert sind und äusserst kostenaufwendige Stromleitungsinstallationen erforderlich machen würden. Um den Umwälzventilator somit in der Nachbarschaft der Rückströmseite der Brennkammer installieren zu können und dabei dennoch einen wesentlichen Druckaufbau in der Brennkammer ohne übermässige Verluste zu verhindern, ist erfindungsgemäss weiter vorgesehen, dass zwischen der Druckseite des Umwälzventilators und der Rückströmseite der Brennkammer eine Verwirbelungszone zur Umwandlung von dynamischem Druck des Heizmediums in statischen Druck vorgesehen ist, und dass im Bereich dieser Verwirbelungszone die Mengenentlastungsöffnung vorgesehen ist. Durch die Umwandlung von dynamischem Druck des Heizmediums in statischen Druck in der Verwirbelungszone wird ein Vorlagedruck für die Mengenentlastungsöffnung erzeugt. Durch diese hindurch entweicht dann die Überschussmenge des Heizmediums im Kreis infolge der ständigen Abgaszufuhr in der Brennkammer. Zugleich erfolgt hierdurch ein Druckabfall des Gesamtdrucks hinter der Verwirbelungszone mit der Mengenentlastungsöffnung derart, dass der vom Umwälzventilator erzeugte Überdruck am rückströmseitigen Eintritt des Heizmediums in die Brennkammer praktisch abgebaut ist. Im Bereich der Flamme und an der Abgabeseite der Brennkammer herrscht dann bereits Unterdruck, der bis zur Saugseite des Umwälzventilators am gegenüberliegenden Ende der Strahlungsrohranordnung im Sinne einer Verstärkung des Unterdrucks weiter ansteigt. Somit ist bei nur geringen Energieverlusten sichergestellt, dass in der Brennkammer und insbesondere auch über die gesamte Länge der Strahlungsrohre ein Aufbau von Überdruck vermieden wird, und statt dessen die Strahlungsrohre über ihre gesamte Länge mit gegenüber der Umgebung mehr oder weniger kräftigem Unterdruck betrieben werden.

Die Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform anhand der Zeichnung.

Fig. 1 eine schaltbildliche Darstellung einer erfindungsgemässen Strahlungsheizungsanlage, und

Fig. 2 einen Schnitt durch die Verwirbelungszone der Strahlungsheizungsanlage gemäss Fig. 1 in vergrösserter Darstellung zur Veranschaulichung des gewählten konstruktiven Aufbaus.

Wie in Fig. 1 schaubildlich veranschaulicht ist, besteht eine Strahlungsheizungsanlage im wesentlichen aus einer verkürzt dargestellten Strahlungsrohranordnung 1, in deren Strahlungsrohre Luft als Heizmedium mittels eines Umwälzventilators 2 umgewälzt und in einer Brennkammer 3 aufgeheizt wird. Die Wärmeabgabe erfolgt durch die Erwärmung der Wände der Strahlungsrohre, wobei in der Praxis die Rohre paarweise nebeneinander geführt und im Gegenstrom durchströmt sind, um über beide Rohre gemittelt eine möglichst gleichmässige Wärmeabgabe über die gesamte Rohrlänge zu erhalten. Die Brennkammer 3 ist direkt befeuert, so dass die Luft etwa gemäss der gestrichelt angedeuteten Linie 4 im Inneren der Brennkammer 3 unmittelbar die Flamme bestreicht und dabei durch eine Schikane 5 von der mit 6 bezeichneten Rückströmseite zu der mit 7 bezeichneten Abströmseite der Brennkammer 3 geführt ist. Die Brennkammer 3 ist atmosphärisch betrieben, jedoch aus den weiter unten erläuterten Gründen mit einem Füttergebläse 8 ausgerüstet.

Der Umwälzventilator 2 ist, noch stärker als es in der Zeichnung infolge der verkürzten Darstellung der Strahlungsrohranordnung 1 zum Ausdruck kommt, in unmittelbarer Nachbarschaft zur Rückströmseite 6 der Brennkammer 3 angeordnet, so dassdie Luft nicht durch die Strahlungsrohranordnung 1 hindurchgedrückt, sondern vielmehr hindurchgesaugt wird. Hierdurch stellt sich eine Druckverteilung ein, wie sie entlang der schematisch dargestellten Strahlungsrohranordnung 1 veranschaulicht ist, also mit von der Abströmseite 7 der Brennkammer 3 zur Saugseite des Umwälzventilators 2 ansteigendem, also vergrössertem Underdruck. Hierdurch wird sichergestellt, dass im Falle irgendeines Lecks allenfalls Umgebungsluft in die Strahlungsrohre hineinströmen, nicht jedoch Heizmedium, welches Abgase aus der Brennkammer 3 enthält, in die Umgebung austreten kann. Weiterhin liegt damit der Umwälzventilator 2 am kühleren Ende des Strömungswegs der aufgeheizten Luft durch die Strahlungsrohranordnung 1 hindurch und kann somit bereits abgekühlte Luft mit günstigerem Wirkungsgrad fördern.

Jedoch liegt dann die Druckseite des Umwälzventilators 2 in sehr kurzem Abstand zur Rückströmseite 6 der Brennkammer 3, so dass ohne weitere Zusatzmassnahmen zu befürchten ist, dass der Überdruck an der Druckseite des Umwälzventilators 2 in die Brennkammer 3 hinein und durch diese hindurch in den Anfangsbereich der Strahlungsrohranordnung 1 fortgesetzt wird, so dass ein Anfangsbereich der Strahlungsrohre dennoch Überdruck erhalten würde und eine atmosphärische Verbrennung nicht ohne weiteres aufrecht erhalten werden könnte. Um dies zu vermeiden, ist in den in der Praxis kurzen Verbindungsstutzen 9 zwischen der Druckseite des Umwälzventilators 2 und der Rückströmseite 6 der Brennkammer 3 eine insgesamt mit 10 bezeichnete Verwirbelungszone eingefügt, in der dynamischer Druck der Luft in statischen Druck umgesetzt wird. Im Bereich der Verwirbelungszone ist eine Mengenentlastungsöffnung 11 grossen Querschnitts vorgesehen, von der aus ein Überdruckrohr 12 zur Aussenluft bei 13 geführt ist. Durch das Überdruckrohr 12 hindurch wird eine solche Menge an Luft abgeführt, wie dies der in der Brennkammer 3 durch die Abgase der mit 14 bezeichneten Flamme erzeugten zusätzlichen Gasmenge entspricht, die in den geschlossenen Kreislauf eingeführt und demzufolge auch wieder aus ihm entnommen werden muss.

Der konstruktive Aufbau der Verwirbelungszone 10 ist aus Fig. 2 näher ersichtlich. Danach ist die Verwirbelungszone 10 im Beispielsfalle als Kammer 15 ausgebildet, in die Enden 9a und 9b des Verbindungsstutzens 9 hineinragen und mit einem gegenseitigen Abstand a voneinander enden, der etwa dem Durchmesser d des Verbindungsstutzens 9 entspricht. Des Abstand a bzw. der Durchmesser d kann beispielsweise 300 mm betragen. Hierdurch wird in der mit gestrichelten Pfeilen angedeuteten Weise erreicht, dass eine Kernströmung aus dem Stutzenende 9a unter Überwindung des freien Abstandes a in das Stutzenende 9b eintritt und dort weitergeführt ist, so dass die Strömungsenergie nicht vollständig vernichtet wird, ein Randbereich der Strömung aus dem Stutzenende 9a jedoch unter seitlicher Auffächerung ausgelenkt wird und in den radial äusseren Bereich der Kammer 15 unter annähernd vollständiger Umwandlung des dynamischen Druckes in statischen Druck hineinwirbelt. Die Kammer kann im Beispielsfalle einen kreisrunden Querschnitt besitzen und einen Durchmesser D entsprechend 2 x d, im Beispielsfalle also von 600 mm aufweisen. In der Umfangswand der Kammer 15 ist die Mengenentlastungsöffnung 11 etwa in runder Form mit einem Durchmesser d' von 100 mm angeordnet und führt in das Überdruckrohr 12, wobei der grosse Querschnitt der Mengenentlastungsöffnung 10 einen weitgehend ungehinderten und geschwindigkeitsarmen Abzug der Luft im äusseren Ringraum der Kammer 15 ermöglicht. Der äussere Ringraum der Kammer 15 dient somit gewissermassen als Druckvorlageraum für das Überdruckrohr 12, wobei unter Vernachlässigung des Reibungswiderstandes im Überdruckrohr 12 dieser Vorlageraum der Kammer 15 als über die Mengenentlastungsöffnung 11 zur Umgebung hin offen angesehen werden kann.

Hierdurch ergibt sich ein drastischer Abbau des Stroms des auf der Verwirbelungszone 10 vorliegenden, relativ hohen Überdrucks im Verbindungsstutzen 9 auf einen nur noch geringen Überdruck an der Rückströmseite 6 der Brennkammer 3, bzw. bei Bedarf auch ein praktisch vollständiger Abbau des Überdrucks, so dass bereits in der Brennkammer 3 vor der Flamme 14 die Unterdruckzone des Kreislaufs beginnt. Das Füttergebläse 8 stellt dabei sicher, dass der Vorlagedruck mittels des Füttergebläses 8 stets maximal etwa 15 mm WS über dem Brennkammerdruck gehalten wird, um eine saubere Flammenausbildung zu unterstützen.

Im Betrieb läuft nach dem Einschalten des nicht näher dargestellten Haupt- und des Steuerschalters der Umwälzventilator 2 an. Wenn der Umwälzventilator 2 seine Enddrehzahl erreicht hat, erfolgt die Spannungsdurchschaltung auf einen Gasdruckwächter 16. Der Gasdruckwächter 16 schaltet nur dann die Spannung weiter auf einen Unterdruckwächter 17 und einen Verbrennungsluftdruckwächter 18, wenn der Gasdruck über dem eingestellten Minimaldruck liegt.

Der beispielsweise auf -1 mbar eingestellte Unterdruckwächter 17 ist maximal 1 m hinter der Abgabeseite 7 der Brennkammer 3 angeschlossen und überwacht den Unterdruck in der gesamten Strahlungsrohranordnung 1. Entspricht der Unterdruck am Unterdruckwächter 17 dem eingestellten Wert, so erfolgt Spannungsfreigabe auf den Verbrennungsluftdruckwächter 18 und von dort auf eine mit 7 bezeichnete Klemme eines Flammenwächters 19. Danach erfolgt der Programmablauf des Flammenwächters 19.

Nach der Vorspülzeit, in der der Testwert im Flammenwächter 19 veränderlich eingestellt ist, wird die Zündstufe freigegeben, wenn Verbrennungsluftdruck vorhanden ist. Die Überwachung erfolgt über den Verbrennungsluftdruckwächter 18. Nach erfolgterZündung und Rückmeldung auf den Flammenwächter 7 wird die Hauptlast über ein langsam öffnendes Magnetventil des Flammenwächters 19 zugeschaltet. Erfolgt keine Brennerzündung, so wird die Anlage abgeschaltet.

Über einen Regelthermostat 20 wird die Vorlauftemperatur in der Strahlungsrohranordnung 1 überwacht und geregelt. Nach Erreichen der eingestellten Vorlauftemperatur wird über den Regelthermostat 20 die grosse Stufe auf die kleine Stufe (ca. 35%) zurückgeschaltet.

Um ein unzulässiges Ansteigen der Vorlauftemperatur zu verhindern, wie dies etwa beim Ausfall des Regelthermostats 20 erfolgen könnte, erfolgt eine Abschaltung der Anlage über einen eingebauten Sicherheitsthermostaten 21, der sich selbst verriegelt und nur mechanisch entriegelt werden kann.

Nach Erreichen der Raumtemperatur erfolgt die Abschaltung der Anlage über einen nicht dargestellten Raumthermostaten.

Das Füttergebläse 8 fördert Verbrennungsluft in einer Menge von etwa 1,1 m³/h je 1000 kcal zu, wobei die Kontrolle über den Luftdruckwächter 18 erfolgt.

Bei 22 sind ein Vorlauftemperaturfühler und bei 23 ein Rücklauftemperaturfühler der Strahlungsrohranordnung 1 veranschaulicht, während mit 24 ein Messgerät zur Erfassung der Luftmenge und des Luftdrucks in der Strahlungsrohranordnung 1 bezeichnet ist.

Wie die vorstehende Beschreibung zeigt, sind vielfache Abwandlungen und Abänderungen der veranschaulichten Ausbildung einer erfindungsgemässen Strahlungsheizungsanlage möglich. So sind insbesondere für die Verwirbelungszone 10 auch andere konstruktive Ausbildungen einer Druckentspannungsvorrichtung einsetzbar, welche den Vorlagedruck des Umwälzventilators 2 im wesentlichen auf Atmosphärendruck abbauen. In Fig. 1 sind insoweit schematisch die Diffusorbleche 25 eingezeichnet, die im Bereich des Abstandes a zwischen den Stutzenenden 9a, 9b eingesetzt werden könnten, um eine verstärkte Auswirbelung des Randbereiches der aus dem Stutzenende 9a kommenden Strömung herbeizuführen. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass derartige Diffusorbleche 25 bei der geschilderten Bemessung des Durchmessers d und des Abstandes a nicht erforderlich sind. Eine Feinregulierung des Druckes bzw. der Abgasmenge im Überdruckrohr 12 kann über eine Regulierklappe 26 in den Verbindungsstutzen 9 stromab der Verwirbelungszone 10 und/oder über eine Regulierklappe 27 im Überdruckrohr 12 erfolgen, in dem überdies ein Messgerät 28 angeordnet ist, welches die festeingestellte Abgasmenge für eine gegebene Brennleistung sowie die Abgastemperatur; die zwischen 110 und 160°C liegen möge, erfasst. Da Regulierklappen 26 und 27 grundsätzlich Strömungshindernisse sind, die Strömungsverluste erzeugen, ist anzustreben, dass diese im Betrieb regelmässig offenstehen und nur bei Bedarf zu einer Feineinstellung ergänzend herangezogen werden. Grundsätzlich lässt sich auch ohne Regulierklappen 26 und 27 durch entsprechende Bemessung im Bereich der Verwirbelungszone 10 erreichen, dass die jeweils erforderliche Abgasmenge durch das Überdruckrohr 12 hindurch abgeblasen wird und dabei in Verbindungsstutzen 9 hinter der Verwirbelungszone 10 ein Druckabfall auf annähernd Atmosphärendruck erfolgt.

Das Überdruckrohr 12 kann in nicht näher dargestellter Weise einen Wärmetauscher enthalten, in dem die Restenergie des heissen Abgases teilweise wieder nutzbar gemacht wird. Auf die Strömungsverhältnisse im Überdruckrohr 12 vergleichsweise grossen Querschnitts hat dies keinen wesentlichen Einfluss.

Somit wird mit der Erfindung insgesamt erreicht, dass die gesamte Strahlungsrohranordnung 1 in einem Unterdruckbereich liegt und daher ein Austreten von Schadstoffen in die Umgebung bei auftretenden Lecks unmöglich ist, während anderseits hierzu keine erhöhte Antriebsleistung des Umwälzventilators 2 erforderlich ist und dieser sogar kleiner bauen kann, da er in der Nachbarschaft der Rückströmseite 6 der Brennkammer 3 kühlere Luft fördert als im Bereich der Abgabeseite 7.