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Dokumentenidentifikation DE102006026867A1 15.11.2007
Titel Verfahren zur Steuerung einer Infrarot-Heizung mit einem Schwarzstrahler sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Anmelder Kübler GmbH, 67065 Ludwigshafen, DE
Erfinder Kübler, Thomas, 67065 Ludwigshafen, DE
Vertreter Rechts- und Patentanwälte Reble & Klose, 68165 Mannheim
DE-Anmeldedatum 09.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006026867
Offenlegungstag 15.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.11.2007
IPC-Hauptklasse F24C 3/12(2006.01)A, F, I, 20060609, B, H, DE
Zusammenfassung Ein Verfahren zur Steuerung der Strahlungsleistung einer Infrarot-Heizung, welche einen Strahlkörper, insbesondere ein Strahlungsrohr (2), umfasst, dem an einem ersten Ende ein durch einen Brenner (6) erhitztes Gas, insbesondere erhitzte Luft, zugeführt wird, zeichnet sich dadurch aus, dass der Brenner (6) mit einer konstanten Leistung betrieben wird, und dass der Brenner (6) in Abhängigkeit von der Temperatur an der Außenseite des Strahlkörpers (2) und einem Temperatur-Vorgabewert in wiederkehrenden Zyklen veränderlicher Dauer ein- und ausgeschaltet wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Infraort-Heizung mit einem Schwarzstrahler, insbesondere zur Beheizung von Hallen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und 9.

Derartige Infrarot-Heizungen werden von der Anmelderin seit langem vertrieben und umfassen ein in der Regel horizontal aufgehängtes, nach unten hin offenes Gehäuse, in welchem ein Strahlungsrohr aufgenommen ist, das durch einen Brenner, insbesondere durch einen Gasbrenner, und ein Gebläse mit erhitzter Luft beaufschlagt wird. Aufgrund der hierdurch erzeugten Temperatur der in der Regel schwarzen Außenseite des Strahlungsrohres von z.B. 280°C strahlt dieses Infrarot-Strahlung nach Art eines schwarzen Körpers ab, welche zu einer direkten Erwärmung der Umgebung unterhalb des Strahlungsrohres führt.

Bei den bekannten Heizungen der zuvor genannten Art ergibt sich das Problem, dass die vom Strahlungsrohr abgegebene Strahlungsleistung über eine Erhöhung oder Verringerung der dem Brenner zugeführten Gasmenge verändert wird, was jedoch vom Vorrichtungsaufwand her vergleichsweise aufwendig ist.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem sich eine Infrarot-Heizung mit einem durch Heißgas beaufschlagten Strahlkörper, insbesondere in Form eines Strahlungsrohres auf einfache Art und Weise hinsichtlich der abgegebenen Strahlungsleistung regeln lässt.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, mit welcher sich das erfindungsgemäße Verfahren in kostengünstiger Weise durchführen lässt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale von Anspruch 1 und 9 gelöst.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Veränderung der abgegebenen Heizleistung bzw. Strahlungsleistung einer Infrarot-Heizung, welche einen Strahlkörper, insbesondere in Form eines Strahlungsrohres besitzt, dem an einem ersten Ende ein durch einen Brenner erhitztes Gas zugeführt wird, und das an seinem zweiten Ende über ein Gebläse mit Unterdruck zum Absaugen des erhitzten Gases beaufschlagt wird, der Brenner mit einer im Wesentlichen konstanten Leistung betrieben, und der Brenner in Abhängigkeit von der an der Außenseite des Strahlungsrohres gemessenen Temperatur sowie in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Temperatur-Vorgabewert in wiederkehrenden Zyklen mit einer veränderlichen Dauer ein- und ausgeschaltet.

Hierbei ist dem Strahlkörper, d.h. Strahlungsrohr bevorzugt ein Sensor zugeordnet, welcher die Temperatur der Außenseite/Oberfläche des Strahlungsrohres in unmittelbarer Nähe bestimmt. In Abhängigkeit von dem vom Sensor bestimmten Temperatur-Istwert wird dann erfindungsgemäß die Einschaltdauer und die Einschalthäufigkeit des Brenners in der Weise verändert, dass sich die Temperatur der Außenseite des Strahlungsrohres dem Temperatur-Vorgabewert annähert, der demgemäß dem gewünschten Sollwert der Außentemperatur des Strahlungsrohres entspricht.

Nach einer Weiterbildung des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens wird der Brenner eingeschaltet, wenn der vom Sensor bestimmte Temperatur-Istwert unter einen vorgegebenen unteren Temperatur-Schwellenwert abfällt, und der Brenner ausgeschaltet, wenn der vom Sensor bestimmte Temperatur-Istwert einen vorgegebenen oberen Temperatur-Schwellenwert überschreitet.

Wie die Anmelderin gefunden hat, kommt es aufgrund der thermischen Trägheit des Materials des Strahlkörpers, welcher im Falle eines Strahlungsrohres z.B. aus Stahlblech mit einer Wandstärke von 2 mm gefertigt sein kann, zu einer Speicherwirkung, die in überraschender Weise ausreichend ist, eine im Wesentlichen konstante Abgabe der emittierten Infrarot-Strahlung zu gewährleisten, ohne dass die geringfügigen Strahlungsschwankungen von Personen, die sich in den üblichen Abständen von einigen Metern vom Strahlungsrohr aufhalten als störend empfunden werden.

Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Differenz zwischen dem unteren Temperatur-Schwellenwert und dem oberen Temperatur-Schwellenwert in vorteilhafter Weise veränderbar, was jedoch nicht ausschließt, dass die Temperaturdifferenz z.B. auch als fester Wert von z.B. 3°C vorgegeben wird.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor bevorzugt im Bereich des dem brennerseitigen ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Endes des Strahlungsrohres angeordnet.

Die Anzahl der Taktzyklen kann je nach gewünschter Strahlungsleistung der Infrarot-Strahlung zwischen 2 Zyklen und 25 Zyklen, insbesondere zwischen 10 Zyklen und 16 Zyklen pro Stunde liegen.

Hierbei kann das Gebläse im Falle eines dem zweiten Ende des Strahlungsrohres unmittelbar zugeordneten Gebläses insbesondere im Wesentlichen gleichzeitig mit dem Brenner ein- und ausgeschaltet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben.

In der Zeichnung zeigt 1 eine schematisierte Ansicht der wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Infrarot-Heizung.

Wie in 1 gezeigt ist, umfasst eine Infrarot-Heizung 1 zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens einen Strahlkörper in Form eines insbesondere U-förmig gebogenen Strahlungsrohrs 2, das an seinem ersten Ende 4a über einen Brenner 6 mit erhitzter Luft beaufschlagt wird. Das Strahlungsrohr 2 ist in einem lediglich schematisch angedeuteten Gehäuse 8 bevorzugt in einer horizontalen Ebene z.B. an der Decke eines zu beheizenden Raumes, insbesondere einer Halle, aufgenommen, und ist an seinem zweiten Ende 4b strömungsmäßig mit einem Gebläse 10 verbunden, welches die dem Brenner 6 zugeführte und von diesem erhitzte Luft 12a, ansaugt, bzw. welches das bei der Verbrennung entstehende Abgas-Luftgemisch 12b absaugt und über eine nicht näher gezeigte Abgasleitung nach außen fördert.

Der Brenner ist dabei mit einer Steuerungseinrichtung 14 verbunden, welche insbesondere als Mikroprozessorenschaltung, z.B. durch einen Mikrocontroller, realisiert wird, und welche ihrerseits über eine nicht näher bezeichnete Leitung mit einem Sensor 16 verbunden ist, der im Bereich des zweiten Endes des Strahlungsrohres 2 direkt an dessen Außenseite befestigt ist.

Der Sensor 16, der insbesondere ein Halbleiterelement in Form eines Widerstandes mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PT-Widerstand oder PTC-Widerstand) enthalten kann, erzeugt in Abhängigkeit von der jeweiligen Aussentemperatur des Strahlungsrohres 2 einen Temperatur-Istwert Tist, der von der Steuerungseinrichtung 14 mit einem unteren Temperatur-Schwellenwert Tu oder einem oberen Temperatur-Schwellenwert To verglichen wird, die z.B. in einem elektronischen Speicher 14a der Steuerungseinrichtung 14 abgelegt sind. Die Temperatur-Schwellenwerte liegen dabei oberhalb und unterhalb eines gewünschten Temperatur-Vorgabewertes Tsoll, der über ein durch den Pfeil 20 schematisch angedeutetes Eingabemittel in Form eines Potentiometers oder als digitaler Wert über eine Tastatur in die Steuerungseinrichtung 14 eingegeben und ebenfalls im Speicher 14a abgelegt wird. In gleicher Weise kann der Sensor auch ein im geringem Abstand vom Strahlungsrohr 2 angeordneter bekannter Infrarot-Sensor sein.

Der obere und untere Temperatur-Schwellenwert To und Tu liegen entsprechend z.B. 1,5C° oberhalb und unterhalb des Temperatur-Vorgabewertes Tsoll, und werden bei einer Erhöhung oder Erniedrigung des Temperatur-Vorgabewertes bevorzugt unter Beibehaltung der Temperaturdifferenz To – Tu in entsprechender Weise mit erhöht, bzw. abgesenkt.

In gleicher Weise kann es vorgesehen sein, dass die Temperaturdifferenz To – Tu nicht nur als fester Wert in der Steuerungseinrichtung 14 abgelegt ist, sondern über weitere, durch den Pfeil 22 symbolisierte Eingabemittel in Form eines veränderbaren Hysterese-Wertes in die Steuerungseinrichtung 14 eingegeben werden kann.

Wenn nach Einschalten des Brenners 6 der Temperatur-Istwert Tist den oberen Temperatur-Schwellenwert To erreicht, bzw. überschreitet, was von der Steuerungseinrichtung 14 durch einen Vergleich der Werte von Tist und To, ermittelt wird, wird der Brenner 6 von der Steuerungseinrichtung ausgeschaltet, wodurch die Temperatur des Strahlungsrohres 2 je nach Umgebungstemperatur, der Größe des Temperatur-Vorgabewerts, bzw. der Größe des oberen Schwellenwert To abfällt.

Sobald der vom Sensor 16 ermittelte Temperaturwert Tist den unteren Temperatur-Schwellenwert Tu erreicht oder unterschreitet, schaltet die Steuerungseinrichtung 14 den Brenner 6 solange wieder ein bis der Temperatur-Istwert wiederum den oberen Temperatur-Schwellenwert To erreicht. Auf diese Weise verändert die Steuerungseinrichtung 14 die Einschaltdauer und die Einschalthäufigkeit des Brenners 6 in Abhängigkeit von dem Temperatur-Istwert Tist in der Weise, dass sich der vom Sensor 16 gemessene Temperaturwert des Strahlungsrohres dem gewünschten Temperatur-Vorgabewert Tsoll annähert.

Wie die Anmelderin gefunden hat, stellt sich durch das zuvor beschriebene Ein- und Ausschalten des Brenners 6 die vom Strahlungsrohr 2 abgegebene Strahlungsleistung mit einer überraschend geringen Schwankungsbreite ein, ohne dass es hierzu einer aufwändigen Regelung der Brennertemperatur bedarf. Hierdurch kann die erfindungsgemäße Lösung auch bei bestehenden Infrarot-Strahlern in kostengünstiger Weise nachgerüstet werden.


Anspruch[de]
Verfahren zur Steuerung der Strahlungsleistung einer Infrarot-Heizung, welche einen Strahlkörper, insbesondere ein Strahlungsrohr, umfasst, dem an einem ersten Ende ein durch einen Brenner erhitztes Gas, insbesondere erhitze Luft, zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner mit einer konstanten Leistung betrieben wird, und dass der Brenner in Abhängigkeit von der Temperatur an der Außenseite des Strahlkörpers und einem Temperatur-Vorgabewert in wiederkehrenden Zyklen veränderlicher Dauer ein- und ausgeschaltet wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Strahlkörper ein Sensor zugeordnet ist, welcher die Temperatur der Außenseite des Strahlkörpers in unmittelbarer Nähe desselben bestimmt, und dass in Abhängigkeit von dem durch den Sensor bestimmten Temperatur-Istwert die Einschaltdauer und die Einschalthäufigkeit des Brenners in der Weise verändert wird, dass sich die Temperatur der Außenseite des Strahlkörpers dem Temperatur-Vorgabewert annähert. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner eingeschaltet wird, wenn der vom Sensor bestimmte Temperatur-Istwert unter einen vorgegebenen unteren Temperatur-Schwellenwert fällt. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner ausgeschaltet wird, wenn der vom Sensor bestimmte Temperatur-Istwert einen vorgegebenen oberen Temperatur-Schwellenwert überschreitet. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen dem unteren Temperatur-Schwellenwert und dem oberen Temperatur-Schwellenwert veränderbar ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor im Abstand vom brennerseitigen ersten Ende im Bereich eines zweiten Endes des Strahlkörpers angeordnet ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Taktzyklen zwischen 2 Zyklen und 25 Zyklen, insbesondere zwischen 10 Zyklen und 16 Zyklen pro Stunde liegt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heißgas über ein Gebläse gefördert wird, und dass das Gebläse im Wesentlichen gleichzeitig mit dem Brenner ein- und ausgeschaltet wird. Vorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Strahlkörper, insbesondere ein Strahlungsrohr (2), einen Brenner (6), welcher den Strahlkörper (2) mit einem erhitzten Gas, insbesondere erhitzter Luft, beaufschlagt, sowie mit einer Steuerungseinrichtung (14) zur Steuerung des Brenners (6) in Abhängigkeit von einer gewünschten Temperatur (Tsoll), dadurch gekennzeichnet, dass dem Strahlkörper (2) ein mit der Steuerungseinrichtung (14) verbundener Sensor (16) zugeordnet ist, welcher die Temperatur an der Außenseite des Strahlkörpers (2) und/oder die Intensität der vom Strahlkörper (2) abgegebenen Infrarotstrahlung misst, dass der Sensor (16) der Steuerungseinrichtung (14) einen Temperatur-Istwert (Tist) zuführt, und dass die Steuerungseinrichtung (14) die Einschaltdauer und die Einschalthäufigkeit des Brenners (6) in Abhängigkeit von dem Temperatur-Istwert (Tist) in der Weise verändert, dass sich der vom Sensor (16) gemessene Temperatur-Istwert (Tist) des Strahlkörpers (2) einem Temperatur-Vorgabewert (Tsoll) annähert. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (16) einen Halbleiter-Widerstand, insbesondere einen PT-Widerstand oder einen PTC-Widerstand umfasst, welcher sich in direktem Kontakt mit der Außenseite des Strahlkörpers (2) befindet. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlkörper (2) an einem ersten Ende (4a) mit dem Heißgas beaufschlagt wird, und dass der Sensor (16) im Abstand vom ersten Ende (4a) im Bereich eines zweiten Endes (4b) des Strahlkörpers (2) angeordnet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (14) Mittel (20) zum Eingeben des Temperatur-Vorgabewertes (Tsoll) umfasst. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (14) Mittel zur Eingabe eines oberen Temperatur-Schwellenwertes (To) und eines unteren Temperatur-Schwellenwertes (Tu) umfasst, und dass die Steuerungseinrichtung (14) den Brenner (6) ausschaltet, wenn der Temperatur-Istwert (Tist) den oberen Temperatur-Schwellenwert (To) überschreitet, und den Brenner (6) einschaltet, wenn der Temperatur-Istwert (Tist) den unteren Schwellenwert (Tu) unterschreitet. Vorrichtung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (14) den oberen Temperatur-Schwellenwert (To) und den unteren Temperatur-Schwellenwert (Tu) aus dem eingegebenen Temperatur-Vorgabewert (Tsoll) und einem zur Temperaturdifferenz zwischen dem oberen Temperatur-Schwellenwert (To) und dem unteren Temperatur-Schwellenwert (Tu) korrespondierenden Hysteresewert bestimmt. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (6) eine maximale Leistung im Bereich von 38 KW besitzt, und dass die Anzahl der Taktzyklen bei einer maximalen Temperatur des Strahlkörpers (2) von 280°C im Bereich des zweiten Endes (4b) zwischen 10 und 30, insbesondere zwischen 15 und 16 Zyklen pro Stunde beträgt.






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