[0001] Die Erfindung betrifft einen gasbeheizten Wärmestrahler, der als Deckenstrahler für
die Beheizung von Hallen verwendbar ist.
[0002] Bekannt sind Wärmestrahler in Form von Glühstrahlern und in Form von Dunkelstrahlern.
Bei Glühstrahlern ist eine Keramikplatte vorgesehen, die zahlreiche durchgehende Öffnungen
aufweist, in denen zugeführtes Gas verbrannt wird, wobei die Keramikplatte auf Glühtemperatur
erhitzt wird und Wärme abstrahlt. Hierbei ergeben sich hohe Strahlungstemperaturen,
so daß Glühstrahler in der Regel in größerer Höhe eingesetzt werden.
[0003] Bei gasbeheizten Dunkelstrahlern werden die Verbrennungsgase eines separaten Brenners
durch ein Rohr geleitet, das als Konverter wirkt und die ihm übertragene Konvektionswärme
durch Wärmestrahlung abgibt. Hierzu muß das Rohr auf eine relativ hohe Temperatur
(ca. 300°C) erwärmt werden. Diese Strahlungstemperatur kann nur erreicht werden, wenn
die Gase mit hoher Geschwindigkeit durch das Rohr geleitet werden, so daß der Wärmeübergangswert
á entsprechend groß wird. Dies erfordert den Einsatz eines Gebläsebrenners, der einerseits
Strom verbraucht und andererseits Geräusche entwickelt.
[0004] In US-A-4 727 854 ist ein gasbeheizter Wärmestrahler beschrieben, bei dem die von
einem Brenner erzeugten Heizgase durch ein Strahlungsrohr hindurchgeleitet werden,
welches in einer nach unten offenen Haube angeordnet ist. Das Strahlungsrohr wird
durch die Heizgase aufgeheizt und strahlt dann nach außen Wärme in die Umgebung ab.
Das Strahlungsrohr bildet einen Konverter, dessen Wärmeaustauschfläche, an der die
Heizgase entlangströmen, die Rohrinnenwand ist, während die Wärmeabstrahlung nach
außen durch die Rohraußenwand erfolgt. Das Verhältnis der Wärmeaustauschfläche zu
der wirksamen Strahlungsfläche beträgt hierbei 3,14 (= π).
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gasbeheizten Wärmestrahler zu schaffen,
der bei geringem Energieverbrauch eine hohe Wärmeleistung erzeugt.
[0006] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen
Merkmalen.
[0007] Bei dem erfindungsgemäßen Wärmestrahler ist der Konverter, der die Konvektionswärme
der Verbrennungsgase aufnimmt und in Strahlungswärme umsetzt, ein Körper mit gegenüber
der wirksamen Strahlungsfläche vergrößerter Oberfläche, an dem die Verbrennungsgase
entlangstreichen. Die benötigte Temperatur (ca. 300°C) des Konverters wird nicht durch
hohe Geschwindigkeiten der Heizgase erreicht, sondern durch eine stark vergrößerte
Oberfläche, an der die Heizgase entlangstreichen und die dadurch konvektiv erwärmt
wird. Die Teilflächen dieser Oberfläche strahlen sich gegenseitig an. Da die extern
wirksame Strahlungsfläche des Konverters viel kleiner ist als die Wärmeaustauschfläche,
erwärmt sich der Konverter auf die erforderliche Temperatur. Die wirksame Strahlungsfläche
des Konverters ist die in Strahlungsrichtung projizierte Fläche.
[0008] Der erfindungsgemäße Wärmestrahler kann als Spar-Dunkelstrahler bezeichnet werden.
Bei ihm werden die Heiz- oder Verbrennungsgase entlang einer Konverterstruktur mit
stark vergrößerter Oberfläche geleitet. Durch das große Verhältnis von Wärmeaustauschfläche
zu Strahlungsfläche wird erreicht, daß die Heizgase relativ langsam an dem Konverter
entlangströmen können. Dadurch wird der Wärmeaustausch verbessert. Die Gasverbrennung
kann als atmosphärische Verbrennung erfolgen, bei der ein Gebläsebrenner nicht erforderlich
ist. Wegen der gleichmäßigen Verteilung der Gase ergibt sich ein niedriger Gasverbrauch.
Der Konverter kann so dimensioniert werden, daß der höchste Wirkungsgrad erzielt wird,
der zulässig ist. Vorteilhaft ist weiterhin, daß der Wärmestrahler ein geringes Gewicht
hat, was insbesondere bei der Aufhängung des Wärmestrahlers an einem Hallendach von
Bedeutung ist. Sämtliche Komponenten sind leicht zugänglich, so daß die Wartung erleichtert
wird.
[0009] Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Konverter von den Heizgasen in Querrichtung
durchströmt werden kann und somit an allen Stellen gleichmäßig erwärmt wird. Dadurch
ergibt sich eine gleichmäßige Strahlungsintensität über die gesamte Strahlungsfläche.
[0010] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Konverter in einer
nach unten offenen Haube angeordnet, unter die die Verbrennungsgase des Brenners geleitet
werden. Die Haube bildet somit gewissermaßen einen umgekehrten See, der die Verbrennungsgase
aufnimmt und an dem Konverter entlangleitet. Die Verbrennungsgase treten entlang des
einen Randes unter die Haube, durchströmen die Haube in Querrichtung, wobei sie an
dem Konverter entlanggeführt werden, und verlassen die Haube am gegenüberliegenden
Rand. Dabei findet ein Gas- und Wärmeaustausch auch in Längsrichtung der Haube statt.
Die Haube stellt eine nach unten offene Struktur dar, durch deren Öffnung der Konverter
zu Reinigungs- oder Wartungszwecken leicht zugänglich ist. Diese Haube kann eine Reflexionsfläche
und/oder eine Strahlungsfläche aufweisen. Bei einer Reflexionsfläche ist der Reflexionsfaktor
groß und der Absorptionsfaktor klein, während bei einer Strahlungsfläche der Reflexionsfaktor
klein und der Absorptionsfaktor groß ist. Eine Strahlungsfläche wirkt im Idealfall
als schwarzer Körper, d.h. sie absorbiert einfallende Strahlung und strahlt ihrerseits
Eigenstrahlung ab.
[0011] Der Brenner kann an dem einen Rand der Haube als separate Vorrichtung angebracht
sein. Er enthält ein längslaufendes Brennrohr, das sich vorzugsweise nur über einen
Teil der Brennkammerlänge erstreckt. Der Auslaßschlitz der Brennkammer ist so geformt,
daß die Heizgase über die Länge des Auslaßschlitzes im wesentlichen gleichmäßig verteilt
aus der Brennkammer austreten. Dies bedeutet, daß der Strömungswiderstand des Auslaßschlitzes
im Längenbereich des Brennerrohres größer ist als in denjenigen Längenbereichen, in
denen das Brennerrohr nicht vorhanden ist.
[0012] Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der
Erfindung näher erläutert.
[0013] Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform des Wärmestrahlers,
- Fig. 2
- einen Längsschnitt entlang der Linie II-II von Fig. 1 und
- Fig. 3
- einen Längsschnitt durch eine nicht zur Erfindung gehörende Ausführungsform des Wärmestrahlers.
[0014] Der Wärmestrahler weist eine langgestreckte Haube 10 auf, die als nach unten offene
umgekehrt-U-förmige Wanne ausgebildet ist und eine Länge von mehreren Metern haben
kann. Die Haube 10 besteht z.B. aus Metall und sie hat hier eine horizontal verlaufende
Basisplatte 10a, an die sich schräg nach unten und außen gerichtete Seitenplatten
10b und 10c anschließen. Die Haube könnte auch eine kantenlose Rundstruktur oder eine
andere Polygonstruktur aufweisen. Die Haube 10 ist auf ihrer Oberseite mit einer Wärmedämmung
11 versehen, die z.B. aus einer Schicht aus wärmedämmenden Material bestehen kann.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht die Wärmedämmung 11 aus einer auf
die Haube 10 aufgesetzten Hilfshaube 12, die mit die Haube 10 einen wärmedämmenden
Luftraum 13 bildet.
[0015] Längs des einen unteren Randes 14 der Haube 10 erstreckt sich der Brenner 15. Dieser
Brenner 15 weist eine langgestreckte Brennerkammer 16 auf, die an ihrem Boden mit
Lufteintrittsöffnungen 17 versehen ist und an ihrer Oberseite eine schlitzförmige
langgestreckte Austrittsöffnung 18 für die Heizgase aufweist. In der Brennerkammer
16 erstreckt sich ein horizontales Brennerrohr 19, das an seiner Oberseite zahlreiche
Gasaustrittsöffnungen 20 aufweist, die in regelmäßigen Abständen angeordnet sind.
Dem Brennerrohr 19 wird von einer externen Gasleitung 21 Gas zugeführt, das aus den
Gasaustrittsöffnungen 20 austritt und unter Mischung mit der Außenluft verbrennt,
so daß über den Gasaustrittsöffnungen 20 atmosphärisch brennende Flammen entstehen.
[0016] Das Brennerrohr 19 erstreckt sich nur über einen Teilbereich der Länge der Haube
10, hier etwa über das mittlere Drittel. Damit die Heizgase in gleichmäßiger Verteilung
über die gesamte Länge der Brennerkammer 16 aus dem Auslaß 18 austreten, ist im mittleren
Bereich der Länge der Brennerkammer 16 ein die Auslaßöffnung 18 verengendes Blech
18a vorgesehen, das in diesem Bereich eine Drosselwirkung ausübt, während die anderen
Bereiche der Auslaßöffnung 18 ungedrosselt sind. Ferner ist in der Brennerkammer 16
eine Leitplatte 22 aus feuerfestem Material vorgesehen, um die Haube 10 vor direkter
Einwirkung der Flammen zu schützen. Die Leitplatte 22 verläuft über den Austrittsöffnungen
20 und parallel zu der Seitenplatte 10b der Haube 10. Die Auslaßöffnung 18 ist so
gerichtet, daß die aus ihr austretenden Heizgase an der Seitenplatte 10b der Haube
10 entlangstreichen.
[0017] Die Heizgase, die die Brennerkammer 16 verlassen haben, steigen unter der Haube 10
auf und strömen an der Haubenwand entlang, um nach Abgabe eines erheblichen Teils
ihrer Wärme unter dem gegenüberliegenden Rand 23 hindurch abzuströmen. Die Heizgase
können beispielsweise unmittelbar in die Umgebung abgeleitet werden. Sie können aber
auch durch einen (nicht dargestellten) Kamin abgeführt werden.
[0018] Unter der Basisplatte 10a der Haube ist der Konverter 24 befestigt. Dieser Konverter
24 erstreckt sich über die gesamte Länge der Haube 10. Er enthält eine Basisplatte
25, von der zahlreiche parallele Rippen 26 nach unten abstehen, so daß der Konverter
hier - in Stirnansicht gesehen - kammförmig ausgebildet ist. Zwischen den Rippen 26
erstrecken sich nach unten offene Leitkanäle 27, die quer zur Längsrichtung der Haube
10 verlaufen. An den stirnseitigen Enden ist die Haube 10 durch Stirnwände 28 bzw.
29 abgeschlossen.
[0019] Die Heizgase strömen nach dem Verlassen der Brennerkammer 16 an dem Konverter 24
entlang und durch die Leitkanäle 27 hindurch. Dabei heizen sie den Konverter 24, der
beispielsweise aus Stahl oder Keramik besteht, auf. Wegen der Rippen 26 hat der Konverter
24 eine sehr große Oberfläche, die in Wärmeaustausch mit den Heizgasen steht. Auf
diese Weise heizt der Konverter sich selbst bei langsamer Strömungsgeschwindigkeit
der Heizgase sehr stark auf. Andererseits gibt der Konverter 24 Strahlungswärme nach
unten ab. Die wirksame Strahlungsfläche des Konverters 24 wird im wesentlichen durch
die vertikale Projektion des Konverters bestimmt, ist also wesentlich kleiner als
die Wärmeaustauschfläche. Nach Aufheizung des Konverters 24 entsteht ein thermisches
Gleichgewicht zwischen der aufgenommenen Konvektionswärme und der abgegebenen Strahlungswärme,
wobei der Konverter eine Temperatur von z.B. 300°C annimmt. Nachdem die Heizgase Wärme
an den Konverter 24 abgegeben haben, verlassen sie die Haube mit einer Temperatur
von etwa 150°C.
[0020] In der unteren Öffnung der Haube 10 ist ein Windschutzgitter 30 angeordnet, das sich
über die gesamte Haubenöffnung erstreckt und verhindert, das Zugluft an den Konverter
24 gelangt und diesen abkühlt. Das Windschutzgitter 30 dient auch der Wirkungsgraderhöhung.
[0021] Die Teile der Haube 10, insbesondere die Seitenplatten 10b und 10c, können als Reflektoren
ausgebildet sein, um die auf sie auf treffende Wärmestrahlung zu reflektieren und
somit gezielt schräg in den Raum unterhalb der Haube 10 zu leiten. Auf diese Weise
kann eine breite Strahlungscharakteristik erzielt werden. Es besteht auch die Möglichkeit,
Teile der Haube aus strahlungsabsorbierendem Material herzustellen, das Strahlungswärme
aufnimmt und als Eigenstrahler wirkt.
[0022] Die nach unten offene Haube 10 bewirkt eine Strömung der Heizgase entlang der Leitkanäle
27 des Konverters 24. Die Haube bildet eine Art Thermosiphon, in dem die Heizgase
zunächst aufsteigen und nach Abgabe ihrer Wärme nach unten abgeleitet werden. Der
Konverter 24 ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel so ausgebildet, daß die
Leitkanäle 27 gerade verlaufen. Er kann auch als Labyrinth ausgebildet sein, in welchem
die Heizgase einen meanderförmigen Strömungsweg durchlaufen.
[0023] Bei dem nicht zur Erfindung gehörenden Ausführungsbeispiel von Fig. 3 ist ebenfalls
eine nach unten offene Haube 10 vorgesehen. Der Brenner 15 ist hier an der Oberseite
der Haube angeordnet und läßt die Heizgase aus seiner Unterseite 15a in die Haube
hinein austreten. In der Oberwand der Haube 10 ist der Konverter 24a angeordnet, der
hier als nach unten offene (umgekehrte) Rinne ausgebildet ist, die parallel zu dem
Brenner 15 verläuft. Der Konverter 24a weist hier glatte Wände auf, jedoch könnten
die Wände ebenfalls strukturiert sein. Der Konverter 24a hat im wesentlichen Trapezform.
Die Wände des Konverters 24a haben eine Oberfläche, die wesentlich größer ist die
Fläche der Öffnung 32. Die Fläche 32 bildet die Projektion der Fläche des Konverters
24a. Sie ist wesentlich kleiner als die Fläche des Konverters.
[0024] Die von dem Brenner 15 ausgehende Strömung der Heizgase ist in Fig. 3 mit 33 bezeichnet.
Die Heizgase, die den Brenner 15 verlassen haben, strömen an einer Seite in den Konverter
24a hinein, durchströmen ihn schräg nach oben und wieder nach unten, um dann unter
dem Rand der Haube 10 auszutreten. Ebenso wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist
die Haube 10 langgestreckt und der Brenner 15 und der Konverter 24a verlaufen als
langgestreckte Komponenten in Längsrichtung der Haube. Der Konverter wird bei diesem
Ausführungsbeispiel in Querrichtung durchströmt.
1. Gasbeheizter Wärmestrahler mit einem Brenner (15), dessen Heizgase an einem Konverter
(24) entlanggeführt werden, welcher Strahlungswärme an die Umgebung abstrahlt, wobei
der Konverter (24;24a) ein Körper mit gegenüber der wirksamen Strahlungsfläche vergrößerter
Oberfläche ist, bei dem die den Heizgasen ausgesetzte Wärmeaustauschfläche mindestens
doppelt so groß ist - vorzugsweise mindestens viermal so groß ist - wie die wirksame
Strahlungsfläche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Konverter (24,24a) aus einer länglichen, nach unten offenen Rinne oder mehreren
nach unten offenen Leitkanälen (27) besteht, die von den Heizgasen durchströmt sind.
2. Wärmestrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Konverter (24) in einer
nach unten offenen Haube (10) angeordnet ist, unter die die Heizgase des Brenners
(15) geleitet werden.
3. Wärmestrahler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (15) eine Brennerkammer
(16) aufweist, die längs des einen Randes (14) der langgestreckten Haube (10) verläuft,
derart, daß die Heizgase die Haube (10) quer zu deren Längsrichtung durchströmen und
am gegenüberliegenden Rand (23) abströmen.
4. Wärmestrahler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (15) an einem
Ende der langgestreckten Haube (10) angeordnet ist, wobei die Heizgase die Haube (10)
in Längsrichtung durchströmen.
5. Wärmestrahler nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Haube
(10) an ihrer Außenseite eine Wärmedämmung (11) aufweist.
6. Wärmestrahler nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite
der Haube (10) mindestens abschnittsweise als Reflektorfläche ausgebildet ist.
7. Wärmestrahler nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite
der Haube (10) mindestens abschnittsweise als Strahlungsfläche ausgebildet ist.
8. Wärmestrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner
(15) ein sich in einer Brennerkammer (16) erstreckendes Brennerrohr (19) mit Gasaustrittsöffnungen
(20) aufweist, dessen Länge kürzer ist als die Brennerkammer (16) und daß die Brennerkammer
(16) einen Auslaß (18) aufweist, dessen Breite im Längenbereich des Brennerrohres
(19) verringert ist.
9. Wärmestrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der
Öffnung der Haube (10) ein Windschutzgitter (30) vorgesehen ist.
10. Wärmestrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Konverter
(24) nach unten offene Leitkanäle (27) aufweist, die ganz oder abschnittsweise quer
zur Längsrichtung der Haube (10) verlaufen.
11. Wärmestrahler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Konverter (24) aus
einer Rippenstruktur mit nach unten weisenden Rippen (26) besteht, wobei die Heizgase
parallel zu den Rippen an diesen entlangstreichen.