Dunkelstrahler

Abstract

 Dunkelstrahler, umfassend mindestens eine Brennereinrichtung (G, B) und ein Strahlrohr (S), wobei die Brennereinrichtung einen Brenner (B) und ein Gebläse (G) umfasst, wobei das Gebläse (G) dazu eingerichtet ist, dem Brenner (B) Luft zuzuführen, wobei der Brenner (B) dazu eingerichtet ist, eine Flamme in das Strahlrohr (S) abzugeben, wobei der Brenner (B) mit einem Mischer (1, 2, 3) und mindestens einem Sekundärluftkanal (7) ausgestattet ist, wobei der Brenner dazu eingerichtet ist, dass ein Teil der von dem Gebläse (G) zugeführten Luft dem Mischer und ein anderer Teil der Luft dem mindestens einen Sekundärluftkanal (7) zugeführt wird, wobei der Mischer zur Mischung der Luft mit einem Brennstoff eingerichtet ist, wobei das Brennstoff-Luft Gemisch in der Flamme verbrannt wird, wobei der Sekundärluftkanal (7) dazu eingerichtet ist, den Teil der dem Sekundärluftkanal zugeführten Luft ohne Brennstoff der Flamme zuzuführen.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dunkelstrahler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Im gewerblich/industriellen Bereich werden insbesondere zur Beheizung von Produktions-, Lager- und Sporthallen häufig Dunkelstrahler eingesetzt. Dunkelstrahler erzeugen Wärme durch Verbrennung eines vorzugsweise gasförmigen oder flüssigen Brennstoffs. Hierzu umfassen Dunkelstrahler Brennern mit Strahlrohren. Die Verbrennung ist also nicht sichtbar, daher der Name Dunkelstrahler. Durch die erzeugten Heißgase wird die Oberfläche der Strahlrohre erhitzt, die die Wärme überwiegend als Strahlung, insbesondere im Infrarotbereich, abgeben. Als Brennstoff wird beispielsweise Erd- und Flüssiggas unter Zumischung von Umgebungsluft eingesetzt.

[0003] Dunkelstrahler selbst bestehen in ihrem Aufbau im Wesentlichen aus den Hauptkomponenten Brenner, Strahlrohr (mit und ohne Reflektor) sowie dem Abgassystem. Die Flammenausbildung findet innerhalb der nachfolgend angebrachten Strahlrohre statt. Die Strahlrohre sind i.d.R. durchgängig nach dem Brenner linear oder U-Förmig angeschlossen und sollen die erzeugte Wärme möglichst gleichmäßig über den gesamten Rohrverlauf abstrahlen. Die eingesetzte Brennertechnologie beschränkt sich bei Dunkelstrahlern ausschließlich auf sogenannte Freiflammenbrenner welche eine lange Diffusionsflamme im Strahlrohr erzeugen und vorzugsweise ein- oder zweistufig bzw. in engen Grenzen mit gleitender Modulation der Brennerleistung betrieben werden.

[0004] Brenner und Strahlrohr müssen bei der Konstruktion der Dunkelstrahler aufeinander abgestimmt werden. Im Idealfalle erstreckt sich die Flamme über die gesamte Länge des Strahlrohres, damit letztendlich auch überall die gleiche Erwärmung des Strahlrohres stattfinden kann. Insbesondere bei vergleichsweise langen oder meanderförmig verschlungenen Strahlrohren ist diese Anforderung selbstverständlich nicht erfüllbar, so dass zumindest eine möglichst lange Flamme bzw. eine das Strahlrohr möglichst vollständig ausfüllende Flamme erreicht werden soll.

[0005] Das Ausbilden der Flamme bzw. die Länge der Flamme hat jedoch unmittelbare Auswirkungen auf die durch die Verbrennung des Brennstoff freigesetzten Schadstoffe, insbesondere Stickoxide. So lässt sich zumindest überschlägig folgender Zusammenhang herstellen.

[0006] Kurze Flammen weisen in der Regel eine hohe Verbrennungstemperatur auf, was durch die Temperaturabhängigkeit der Stickoxidbildung zu hohen Emissionen führen kann. Eine zu kalte Verbrennung führt hingegen zu hohen Kohlenmonoxidemissionen. Insbesondere vollständig vormischende Venturibrenner wie sie häufig in Gaskesseln und Thermen eingesetzt werden sind durch die kurze Flammenbildung daher für den Einsatz an Dunkelstrahlern nicht geeignet, da hier aufgrund der Bauform, insbesondere der Strahlrohre, keine Möglichkeit besteht die Flammentemperatur z.B. durch Abgasrezirkulation oder durch den Aufbau als Flächenbrenner zu senken.

[0007] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht entsprechend darin, einen verbesserten Dunkelstrahler bereitzustellen, insbesondere einen Dunkelstrahler bereitzustellen, in dem eine möglichst lange Flamme bzw. das Strahlrohr über eine möglichst große Länge mit einer Flamme beschickt wird, wobei nur möglichst geringe Emissionen an Stickoxiden erzeugt werden sollen.

[0008] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Dunkelstrahler mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

[0009] Dadurch, dass der Brenner mit einem Mischer und mindestens einem Sekundärluftkanal ausgestattet ist, wobei der Brenner dazu eingerichtet ist, dass ein Teil der von dem Gebläse zugeführten Luft dem Mischer und ein anderer Teil der Luft dem mindestens einen Sekundärluftkanal zugeführt wird, wobei der Mischer zur Mischung der Luft mit einem Brennstoff eingerichtet ist, wobei das Brennstoff-Luft Gemisch in der Flamme verbrannt wird, wobei der Sekundärluftkanal dazu eingerichtet ist, den Teil der dem Sekundärluftkanal zugeführten Luft ohne Brennstoff der Flamme zuzuführen, kann im Vergleich zu einem Brenner ohne Sekundärluftkanal, eine vergleichsweise lange Flamme bei geringer Emission an Stickoxiden erreicht werden.

[0010] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Unteransprüchen. Die Merkmale der Unteransprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.

[0011] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Auslässe der Sekundärluftkanäle um den Auslass des Mischers angeordnet sind. Hierdurch kann die Flamme gewissermaßen von der Sekundärluft eingehüllt werden. Die radiale Anordnung der Sekundärluftkanäle sorgt hierbei für eine gleichmäßige Verteilung der Sekundärluft um die Flamme. Im Wesentlichen trägt diese Maßnahme dazu bei, eine vergleichsweise lange Flamme bei geringer Emission an Stickoxiden zu erreichen.

[0012] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Auslass des Mischers mit einem Flammrohr ausgestattet ist, wobei die Auslässe der Sekundärluftkanäle um das Flammrohr angeordnet sind. Letztendlich wird hierdurch der gleiche Effekt wie oben erzielt. Der Bezugspunkt für die Anordnung der Sekundärluftauslässe zielt hier jedoch auf das Flammrohr als Bezugspunkt ab.

[0013] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Auslässe derart eingerichtet sind, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoff-Luft Gemisches an dem oder den Auslässen geringer als die Strömungsgeschwindigkeit der Sekundärluft an dem oder den Auslässen der bzw. des Sekundärluftkanals ist. Durch diese Maßnahme lässt sich erreichen, dass die Sekundärluft weit in das Flammrohr hineingetragen werden kann. Im Wesentlichen trägt diese Maßnahme dazu bei, eine vergleichsweise lange Flamme bei geringer Emission an Stickoxiden zu erreichen.

[0014] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Auslass des mindestens einen Sekundärluftkanals einen geringeren Querschnitt als der Auslass für das Brennstoff-Luft Gemisch aufweist. Die jeweilige Querschnittsgestaltung der entsprechenden Auslässe stellt eine Maßnahme dar, um die oben gewünschten Austrittsgeschwindigkeiten der Sekundärluft bzw. des Brennstoff-Luft Gemisches zu erzielen. Durch die entsprechende Auswahl der relevanten Querschnitte lassen sich die Austrittsgeschwindigkeiten besonders einfach einstellen.

[0015] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Mischer als Venturi-Mischer ausgestaltet ist. Ein sogenannter Venturi Mischer eignet sich besonders gut zur Einstellung der zunächst nach dem Mischerauslass bzw. unmittelbar am Flammrohr vorherrschenden unterstöchiometrischen Verbrennung des Brennstoff-Luft Gemisches.

[0016] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Mischkammer mit einem Hohlraum mit einem Einlass für Luft und Brennstoff, sowie einem Auslass für das Brennstoff-Luft Gemisch ausgestattet ist, wobei der Querschnitt des Hohlraums von seinem Einlass zu seinem Auslass zunimmt und/oder die Mischkammer an ihrem Einlass über einen von der Einlaufdüse gebildeten Ringspalt verfügt, über den der Brennstoff eingeleitet wird und/oder die Einlaufdüse ein rohrförmiges Element zur Einleitung der Luft in die Mischkammer aufweist, welches von dem Ringspalt umgeben wird. Eine derartige Ausgestaltung der Mischkammer eignet sich besonders vorteilhaft zur Bereitstellung eines Brennstoff-Luft Gemisches, welches zunächst in einer unterstöchiometrischen Verbrennung verbrannt werden soll.

[0017] Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen

Fig. 1

ein erfindungsgemäßer Dunkelstrahler in einer schematischen Darstellung;

Fig. 2

eine Brennereinrichtung eines erfindungsgemäßen Dunkelstrahlers in einer schematischen Querschnittdarstellung;

Fig. 3

eine perspektivische Darstellung einer Mischeinheit eines Brenners eines erfindungsgemäßen Dunkelstrahlers;

Fig. 4

eine perspektivische Darstellung einer Einlaufdüse eines Brenners eines erfindungsgemäßen Dunkelstrahlers.

[0018] Folgende Bezugszeichen werden in den Abbildungen verwendet:

B

Brenner

G

Gebläse

S

Strahlrohr

A

Abgassystem

R

Reflektor

Br

Brennstoffzufuhr

1

Mischeinheit

2

Einlaufdüse

3

Mischkammer

4

Flammenrückschlagsicherung

5

Ringspalt zur Brennstoffzufuhr

6

Dichtung

7

Sekundärluftkanal

8

Flammrohr

9

Ventilator

10

Gebläsegehäuse

11

Gebläseauslass

12

Anschlussflansch

13

Brennergehäuse

14

Anschlussflansch

15

Brennerlufteinlass

16

Mischkammereinlass

17

Mischkammerauslass

18

Anschlussflansch

19

Strömungsrichtung

20

Öffnung

21

rohrförmiges Element

22

Längsachse

23

Scheibe

24

Auslass (Sekundärluftkanäle)

[0019] Ein erfindungsgemäßer Dunkelstrahler umfasst im Wesentlichen eine Brennereinrichtung und ein Strahlrohr S. Der erfindungsgemäße Dunkelstrahler ist vorzugsweise mit einem Abgassystem A und/oder einem Reflektor R ausgestattet.

[0020] Das Strahlrohr S ist vorzugsweise hohlzylinderförmig ausgestaltet. Auf die Länge betrachtet, ist das Strahlrohr S vorzugsweise gerade oder meanderförmig verlegt.

[0021] Das Abgassystem A kann als einfacher Kamin ausgeführt sein, der auf der der Brennereinrichtung oder des Brenners B abgewandten Seite des Strahlrohres S angebracht ist.

[0022] Der Reflektor R kann beispielsweise als entsprechend gekantetes haubenförmiges Blech ausgestaltet sein, welches entlang des Strahlrohres S angebracht ist und im Wesentlichen die Infrarotstrahlung in einer Montageposition des Dunkelstrahlers in Richtung des Hallenbodens reflektiert.

[0023] Die Brennereinrichtung umfasst im Wesentlichen einen Brenner B und ein Gebläse G.

[0024] Das Gebläse G umfasst im Wesentlichen ein Gehäuse 10 und einen Ventilator 9. Das Gebläse G bzw. das Gebläsegehäuse 10 weist einen Gebläseauslass 11 und einen Anschlussflansch 12 zum Anschluss an den Brenner B auf.

[0025] Der Brenner B umfasst im Wesentlichen ein Gehäuse 13, eine Mischeinheit 1 mit Mischkammer 3, eine Einlaufdüse 2, einen Ringspalt 5 zur Brennstoffzuführung, eine Flammrückschlagsicherung 4, ein Flammrohr 8 und mindestens einen Sekundärluftkanal 7.

[0026] Das Brennergehäuse 13 ist vorzugsweise zylinderförmig ausgestaltet und beherbergt die vorgenannten Komponenten des Brenners B. Ferner ist das Brennergehäuse 13 mit einem Anschlussflansch 14 zum Anschluss des Gebläses G und mit einem Anschlussflansch 17 zum Anschluss an das Strahlrohr S ausgestattet.

[0027] Es sind weitere alternative Bauformen des erfindungsgemäßen Dunkelstrahlers denkbar, die hier nicht alle aufgezählt werden können. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Brennergehäuse 13 und Gebläsegehäuse 10 einteilig ausgestaltet sind, so dass beispielsweise die Flansche wegfallen können. Auch kann das Strahlrohr S mehrteilig ausgestaltet sein, oder das Gebläse G mit seiner Saugseite endseitig des Strahlrohrs S, auf der Seite des Abgassystems A angebracht sein.

[0028] Weitere Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich insbesondere aus einer Funktionsbeschreibung des erfindungsgemäßen Dunkelstrahlers.

[0029] Das Gebläse G fördert Luft aus seinem Auslass 11 in den Brenner B, insbesondere in den Brennerlufteinlass 15. Insofern ergibt sich eine Strömungsrichtung der Luft von der Lufteingangsseite des Brenners, hin zu der Seite, auf der die Flamme austritt. Der Einfachheit halber soll die Strömungsrichtung der Luft bzw. des späteren Luft-BrennstoffGemisches mit einem Pfeil 19 schematisch angedeutet werden.

[0030] In Strömungsrichtung der Luft bzw. des Luft-Gas Gemisches ist der Brenner B wie folgt aufgebaut: Einlaufdüse 2, Mischeinheit 1 mit Mischkammer 3, Flammrückschlagsicherung 4 und Flammrohr 8.

[0031] Die Einlaufdüse 2 und die Mischeinheit 1 mit Mischkammer 3 bilden im Wesentlichen einen Mischer zur Vermischung von Luft und Brennstoff.

[0032] Die Mischeinheit 1 weist grundsätzlich eine zylinderförmige äußere Gestalt auf, beispielsweise in Form eines Rundzylinders oder Zylinders mit rechteckförmigem bzw. quadratischem Querschnitt.

[0033] Die Mischkammer 3 ist vorzugsweise als trichterförmiger Hohlraum mit einem Mischkammereinlass 16 und einem Mischkammerauslass 17 ausgestaltet. Der Querschnitt des Hohlraums vergrößert sich vom Einlass zum Auslass, sprich in Strömungsrichtung. Der Hohlraum könnte auch andere Formen annehmen.

[0034] Die Einlaufdüse 2 ist in etwa als Scheibe 23 mit einer zentralen Öffnung 20 ausgestaltet. Die Öffnung 20 kann in Strömungsrichtung leicht verjüngt ausgestaltet sein. Der Öffnung schließt sich in Strömungsrichtung ein rohrförmiges Element 21 an, welches von Einlassseite 16 der Mischkammer 3 abschnittsweise in die Mischkammer 3 hineinragt.

[0035] Zwischen dem rohrförmigen Element 21 und der Mischeinheit 1 ist ein Ringspalt 5 zur Brennstoffzuführung vorgesehen. Zur Ausbildung einer Kammer zwischen Mischeinheit 1 und Einlaufdüse 2, insbesondere der Scheibe 23 der Einlaufdüse 2, können die vorgenannten Elemente in einem geringen Abstand voneinander angebracht sein. Zwischen Mischeinheit 1 und Einlaufdüse 2, insbesondere der Scheibe 23 der Einlaufdüse 2, ist eine ebenfalls ringförmige Dichtung 6 vorgesehen, über welche die Einlaufdüse 2 von der Mischeinheit 1 beabstandet sein kann. Letztendlich bildet sich hierdurch eine Kammer aus, über die der Ringspalt 5 mit Brennstoff versorgt werden kann. In die Kammer kann über einen Anschluss Br Brennstoff eingeleitet werden, der wiederum über den Ringspalt 5 in die Mischkammer 3 abgegeben wird.

[0036] Die Kombination aus Mischkammer 3 und Ringspalt 5 kann nach dem Venturiprinzip funktionieren, sprich die an dem Ringspalt 5 vorbeiströmende Luft erzeugt einen Unterdruck, durch welchen wiederum der Brennstoff aus dem Ringspalt 5 herausgesogen wird. Alternativ ist aber auch denkbar, dass der Brennstoff mittels Überdruck aus dem Ringspalt 5 geblasen wird, so dass der Venturi Effekt nicht zum Tragen kommt bzw. nicht benötigt wird.

[0037] Die Flammrückschlagsicherung 4 ist auf der Auslassseite 17 der Mischkammer 3 angebracht. Im Wesentlichen ist die Flammrückschlagsicherung 4 als kreisrunde oder quadratische Scheibe ausgestaltet, welche den Auslass 17 der Mischkammer 3 bedeckt. Die Mischkammer 3 kann auch eine Anzahl von Auslässen aufweisen. Die Flammrückschlagsicherung 4 weist eine geeignete Perforation auf, die von dem in der Mischkammer 3 erzeugten Brennstoff-Luft-Gemisch durchdrungen werden kann, wobei jedoch sichergestellt ist, dass die in Strömungsrichtung hinter der Flammrückschlagsicherung 4 erzeugte Flamme nicht das Brennstoff-Luft-Gemisch in der Mischkammer 3 entzündet. Die Flammrückschlagsicherung 4 kann beispielsweise als gelochte Keramikplatte oder Metallgeflecht ausgestaltet sein.

[0038] Weiter in Strömungsrichtung kann ferner das Flammrohr 8 angebracht sein, welches vorzugsweise als zylinderförmiges Rohr mit rundem Querschnitt ausgestaltet ist. Das Flammrohr 8 kann in seiner Wandung mit Öffnungen ausgestattet sein.

[0039] Es ist vorgesehen, dass der Brenner, insbesondere die Mischeinheit 1 , mit mindestens einer, vorzugsweise mehreren, Sekundärluftkanälen 7 ausgestattet ist. Nachfolgend wird beispielhaft davon ausgegangen, dass mehrere Sekundärluftkanäle 7 vorhanden sind.

[0040] Die Sekundärluftkanäle 7 können beispielsweise als Sekundärluftbohrungen ausgestaltet sein. Die Sekundärluftkanäle 7 können parallel zur Strömungsrichtung bzw. Längsrichtung der Mischkammer 3 verlaufen. Die Sekundärluftkanäle weisen Auslässe 24 auf. Die Sekundärluftkanäle 7 bzw. Auslässe 24 können, vorzugsweise in gleichem Abstand, in Umfangsrichtung der Mischeinheit 1 angeordnet sein. Soweit von einer Längsachse 22 der Mischeinheit ausgegangen wird und davon ausgegangen wird, dass die Sekundärluftbohrungen bzw. deren Auslässe 24 auf einem Kreis angeordnet sind, so weist dieser Kreis einen größeren Umfang bzw. Durchmesser, als der in der Regel kreisförmige Auslass der Mischkammer bzw. des Flammrohres auf. Auch wenn der Auslass der Mischkammer aus einer Anzahl von Auslässen bestehen sollte, so sind die Auslässe der Sekundärluftkanäle gewissermaßen um die Auslässe der Mischkammer angeordnet. Mit anderen Worten, die der Flamme zugewandten Auslässe der Sekundärluftbohrungen sind radial stets außerhalb des Mischkammerauslasses bzw. des Flammrohres angeordnet. Durch die Sekundärluftkanäle wird ein Teil der in den Brennerlufteinlass 15 einströmenden Luft an der Mischkammer 3 vorbei, der in bzw. hinter dem Flammrohr 8 brennenden Flamme zugeführt. Etwas anders ausgedrückt, zweigen die Sekundärkanäle etwas Luft aus dem Brennerlufteinlass 15 ab, leiten sie an der Mischkammer 3 vorbei und führen sie dem brennenden Brennstoff-Luft-Gemisch, sprich der Flamme, hinter dem Mischkammerauslass 17 wieder zu. Sehr idealtypisch ausgedrückt umhüllt die aus den Sekundärluftkanälen 7 austretende Luft die Flamme über eine gewisse Länge.

[0041] Ferner strömt die von den Sekundärluftkanälen 7 gelieferte Luft zum Teil entlang der inneren Wandung des Strahlrohres S. Durch eine Führung der Sekundärluft ringförmig an den Außenbereichen des Strahlrohres lässt sich ebenfalls eine an der Rohrwand anliegende Flamme vermeiden. Ferner lässt sich eine Rohrkühlung erzielen und eine Verhinderung einer frühzeitigen Vermischung mit dem unterstöchiometrischen Brennstoff-Luftgemisch.

[0042] Durch den mindestens einen Sekundärluftkanal 7 wird die Verbrennung des Brennstoff-Luft-Gemisches, sprich die Flamme des Brenners, in im Wesentlichen zwei Hauptbereiche unterteilt. Es ergibt sich einerseits eine unterstöchiometrische Vormischung von Brennstoff und Luft. Die unterstöchiometrische Vormischung findet in der Mischkammer statt, was nachfolgend zu einer im ersten Bereich unterstöchiometrisch brennenden Flamme führt. Das Luftverhältnis nach der Mischkammer beträgt vorzugsweise 0,5 bis 0,9. Insofern kann bei der Mischkammer 3 auch von einer Vormischkammer gesprochen werden, da hier nur ein Teil der vom Gebläse G gelieferten Luft mit Brennstoff gemischt wird. Gewissermaßen wird der eigentlichen Flamme durch die Sekundärluftkanäle weitere Luft "zugemischt". Die unterstöchiometrische Verbrennung wird im Wesentlichen dadurch hervorgerufen, dass ein eigentlich für eine stöchiometrische Verbrennung (Lambda = 1) benötigte Luftmenge teilweise über die Sekundärluftkanäle abgeleitet und erst später wieder zugeführt wird.

[0043] Andererseits ergibt sich durch die Sekundärluftkanäle bzw. die zugeführte Sekundärluft die Ausbildung einer langen Diffusionsflamme durch verzögerte und gezielte Zuführung der Sekundärluft. Durch die Gestaltung der Sekundärluftkanäle z.B. als Bohrungen lässt sich die Sekundärluft mit relativ hohen Geschwindigkeiten in das Brennrohr einführen, somit lassen sich höhere Wurfweiten erzielen. Die Lage und Gestaltung der Sekundärluftkanäle ist daher wichtig für die Funktion des Brenners. Die radiale Anordnung der Sekundärluftkanäle sorgt hierbei für eine gleichmäßige Verteilung der Sekundärluft um die Flamme.

[0044] Die höhere Geschwindigkeit der Sekundärluft an dem Auslass des Sekundärluftkanals gegenüber dem Auslass für das Brennstoff-Luft Gemisch am Auslass der Mischkammer kann beispielsweise durch eine entsprechende Ausgestaltung der Querschnitte erfolgen. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Querschnitt des Auslass des mindestens einen Sekundärluftkanals geringer als der Querschnitt des mindestens einen Auslass der Mischkammer ist.

[0045] Im Ergebnis lassen sich mit dem mindestens einen Sekundärluftkanal die Stickoxidemissionen des Brenners und damit des Dunkelstrahlers im Vergleich zu einem Dunkelstrahler bzw. Brenner ohne Sekundärluftkanäle, reduzieren.

[0046] Durch den mindestens einen Sekundärluftkanal lässt sich ebenfalls ein Brenner mit geringeren Stickstoffemissionen bereitstellen, der in gleitender modulierender Betriebsweise arbeiten kann. Die gleitend modulierende Betriebsweise kann unter anderem durch eine sogenannte Luft-Brennstoff Kopplung (Gas-Luft Verbund) erreicht werden, hierbei wird der vom Brennergebläse erzeugte Druck zur Ansteuerung der Gaszufuhr genutzt. In diesem Fall arbeitet der Gasdruck proportional zum Gebläsedruck. Mittels Steuerung der Gebläsedrehzahl kann somit der aufgebaute Druck verändert und somit die Luft und Gaszufuhr der erforderlichen Leistung angepasst werden. Auch bei dieser Betriebsweise funktioniert die Nutzung der Sekundärluftkanäle da weiterhin die Vormischung unterstöchiometrisch stattfindet und die Sekundärluft weit in das Strahlrohr befördert werden kann. Eine weitere Möglichkeit stellt die Verwendung von elektronisch steuerbaren Gasventilen zur Anpassung des Gasdrucks und somit der Brennerleistung dar.

[0047] Durch den mindestens einen Sekundärluftkanal können ferner sogenannte "Hotspots", sprich für den Dunkelstrahler untypisch heiße, lokal begrenzte, meist rot bis gelbglühende, Bereiche auf bzw. in dem brennernahen Bereich des Strahlrohres vermieden werden. Durch die gezielte Zuführung der Sekundärluft über den äußeren Bereich des Strahlrohres wird dieses effektiv gekühlt und das mögliche Anlegen der Flamme an die Rohrinnenwand verhindert. Das Anlegen der Flamme führt insbesondere bei Brennern höherer Leistungen zu glühenden Rohrstellen die durch die hohe thermische Belastung schnell verschleißen. Des Weiteren wird durch die zuerst unterstöchiometrisch ablaufende Verbrennung die Flammentemperatur gesenkt, so dass über die Reduzierung der Flammenstrahlung in diesem Bereich sowie Streckung der Verbrennungszone die thermische Belastung gleichmäßiger über das Strahlungsrohr stattfindet.

[0048] Ferner ermöglicht der Brenner die Erzeugung eines zündfähigen Brennstoff-Luftgemisches unter nahezu allen Betriebs und Belastungszuständen durch Teil-Vormischung. Die Vormischung findet in der Mischkammer statt. Die Sekundärluftkanäle haben hierbei keinen Einfluss auf die Gas-Luft Zusammensetzung im direkten Austrittsbereich nach der Mischkammer.

[0049] Die Sekundärluft wird über die Sekundärluftkanäle welche idealerweise als Bohrung oder Düse ausgeführt sind mit erhöhter Geschwindigkeit weit in das Strahlungsrohr eingeführt, somit lässt sich der Bereich der weiteren Mischung mit dem Gas-Luft-Gemisch mittels Flammendiffusion verzögern. Hierdurch lässt sich ein vollständiger Ausbrand mittels Diffusion über gestufte Zuführung der Sekundärluft im weiteren Flammenverlauf erreichen.

[0050] Die Mischeinheit 1 bzw. Einlaufdüse 2 können in einer massiven, monolithischen Bauweise zur Reduzierung von Schallemissionen aus dem Brenner sowie dem nachfolgendem Strahlrohr ausgestaltet sein. Der komplette Mischer kann aus zwei Hauptteilen gefertigt werden, der Einlaufdüse sowie der Mischeinheit. Diese werden fest miteinander verbunden und bilden eine den kompletten Brennerquerschnitt ausfüllende massive Einheit. Die Unterdrückung der Schallemissionen rührt natürlich zum einen von der laminaren Flamme, es ist jedoch davon auszugehen, dass durch die Bauweise und die dämpfenden Materialeigenschaften eine Senkung erreicht wird.

[0051] Wie bereits oben angedeutet, kann das Gebläse G auch in Strömungsrichtung nach der Mischeinheit 1 angeordnet sein. Entsprechend würde die Luft in den Lufteinlass 15 des Brenners B eingesogen.

[0052] Auch ist eine Ausführung des Abgassystems als sogenanntes Sammelabgassystem möglich. Als sogenanntes Sammelabgassystem bezeichnet man die parallele Abgas-Zusammenführung von zwei oder mehr Dunkelstrahlern an eine Abgassammelleitung. Diese Sammelleitung beinhaltet normalerweise ein zentrales Abgasgebläse zur Erzeugung eines Unterdrucks an den Brennern, sowie zur Abführung der Abgase. Bei Abgassammelsystemen werden i. d. R. keine Brennergebläse verwendet.

[0053] Auch ermöglicht der Brenner des erfindungsgemäßen Dunkelstrahlers eine Verhinderung von Flammenversagen durch Teil-Vormischung. Durch die Vormischung wird ein zündfähiges Gemisch erzeugt, sollte sich durch eine niedrige Leistungseinstellung die Gas-Luftmenge stark verringern zieht sich die Flamme bis maximal auf die Flammenrückschlagsicherung zurück. Aufgrund der geringen Strömungsgeschwindigkeit im Flammrohr erlischt die Flamme nicht.

[0054] Auch ermöglicht der Brenner des erfindungsgemäßen Dunkelstrahlers eine Verhinderung von Flammenabheben durch Teil-Vormischung. Bei hohen Leistungseinstellungen wird ebenfalls durch die Vormischung ein zündfähiges Gas-Luftgemisch erzeugt. Dieses brennt kurz nach dem Flammrohr. Bei Systemen ohne Vormischung kann die Flamme aufgrund nicht ausreichender Vermischung bei hohen Leistungen und damit verbundenen hohen Strömungsgeschwindigkeiten abheben und erst im weiteren Verlauf des Strahlrohres zünden. Die brennende Flamme wird in diesem Fall nicht mehr von der im Brenner integrierten Flammenüberwachung erkannt und der Brenner wird automatisch durch die Regelelektronik abgeschaltet.

Ansprüche

1. Dunkelstrahler, umfassend mindestens

- eine Brennereinrichtung (G, B) und ein Strahlrohr (S), wobei

- die Brennereinrichtung einen Brenner (B) und ein Gebläse (G) umfasst, wobei

- das Gebläse (G) dazu eingerichtet ist, dem Brenner (B) Luft zuzuführen, wobei der Brenner (B) dazu eingerichtet ist, eine Flamme in das Strahlrohr (S) abzugeben,
dadurch gekennzeichnet, dass

- der Brenner (B) mit einem Mischer (1, 2, 3) und mindestens einem Sekundärluftkanal (7) ausgestattet ist, wobei

- der Brenner dazu eingerichtet ist, dass ein Teil der von dem Gebläse (G) zugeführten Luft dem Mischer und ein anderer Teil der Luft dem mindestens einen Sekundärluftkanal (7) zugeführt wird, wobei

- der Mischer zur Mischung der Luft mit einem Brennstoff eingerichtet ist, wobei das Brennstoff-Luft Gemisch in der Flamme verbrannt wird, wobei

- der Sekundärluftkanal (7) dazu eingerichtet ist, den Teil der dem Sekundärluftkanal zugeführten Luft ohne Brennstoff der Flamme zuzuführen.

2. Dunkelstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Sekundärluftkanälen (7) vorgesehen ist, wobei jeder Sekundärluftkanal über einen Auslass (24) verfügt, wobei der Mischer mit mindestens einem Auslass (17) für das Brennstoff-Luft Gemisch ausgestattet ist.

3. Dunkelstrahler nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslässe (24) der Sekundärluftkanäle um den Auslass (17) des Mischers angeordnet sind.

4. Dunkelstrahler nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (17) des Mischers mit einem Flammrohr (8) ausgestattet ist, wobei die Auslässe (24) der Sekundärluftkanäle (7) um das Flammrohr (8) angeordnet sind.

5. Dunkelstrahler nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslässe (17, 24) derart eingerichtet sind, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoff-Luft Gemisches an dem oder den Auslässen (17) geringer als die Strömungsgeschwindigkeit der Sekundärluft an dem oder den Auslässen (24) des bzw. der Sekundärluftkanäle (7) ist.

6. Dunkelstrahler nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (24) des mindestens einen Sekundärluftkanals (7) einen geringeren Querschnitt als der Auslass (17) für das Brennstoff-Luft Gemisch aufweist.

7. Dunkelstrahler nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Auslässe (24) der Sekundärluftkanäle (7) einen geringeren Querschnitt als der Auslass (17) bzw. die Auslässe für das Brennstoff-Luft Gemisch aufweist.

8. Dunkelstrahler nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (17) des Mischers mit einem Flammrohr (8) verbunden ist, wobei der Querschnitt des Flammrohrs größer als der Querschnitt jedes Auslasses (24) der Sekundärluftkanäle (7) ist.

9. Dunkelstrahler nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer als Venturi-Mischer ausgestaltet ist.

10. Dunkelstrahler nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer eine Einlaufdüse (2) und eine Mischeinheit (1) mit Mischkammer (3) aufweist.

11. Dunkelstrahler nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (3) mit einem Hohlraum mit einem Einlass (16) für Luft und Brennstoff, sowie einem Auslass (17) für das Brennstoff-Luft Gemisch ausgestattet ist, wobei der Querschnitt des Hohlraums von seinem Einlass (16) zu seinem Auslass (17) zunimmt.

12. Dunkelstrahler nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer an ihrem Einlass (16) über einen von der Einlaufdüse (2) gebildeten Ringspalt (5) verfügt, über den der Brennstoff eingeleitet werden kann.

13. Dunkelstrahler nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlaufdüse (2) ein rohrförmiges Element (21) zur Einleitung der Luft in die Mischkammer aufweist, welches von dem Ringspalt (5) umgeben wird.

Zeichnung