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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Erzeugen eines Luftschleiers, welche durch Ausstoßen eines
Luftstroms durch einen Auslass den Austausch von Luft von einer
Zone zu einer anderen zu behindern vermag und welche einen Wärmestrahler umfasst,
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 , Vorrichtung zum Erzeugen eines Luftschleiers,
sogenannte Luftschleiergeräte,
kommen insbesondere in Eingangsbereichen von zu klimatisierenden
Räumen mit
hohem Publikumsverkehr, aber auch in der Industrie zur Anwendung,
Luftschleiergeräte
werden hauptsächlich
in stark frequentierten Türein-
und -ausgängen
von Einzelhandelsgeschäften,
Kaufhäusern,
Lagern und Produktionsstätten
angebracht, um barrierefrei eine Zone von einer anderen Zone klimatisch
zu trennen, das heißt
ohne die Verwendung von Türen,
Drehtüren,
Gleichzeitig verhindern derartige Vorrichtungen, dass sich im Inneren
eines Raumes ein störender
Luftzug (Durchzug) ausbildet.
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Luftschleiergeräte erzeugen im wesentlichen einen
schnellen Luftstrom, der durch eine entsprechende schlitzartige
und gegebenenfalls aerodynamisch besonders ausgebildete Auslassöffnung flächenförmig ausgebildet
ist und sich bevorzugt von oben nach unten über die volle Breite einer
Eingangsöffnung
eines Raums erstreckt, Der Luftstrom wird dabei nahezu senkrecht,
vorzugsweise leicht nach außen
geneigt ausgeblasen, um eine Vermischung von außen- mit Innenluft zu vermeiden,
Manche Luftschleiergeräte
verfügen
zudem über
die Möglichkeit,
die angesaugte Luft vor dem Ausblasen zu erwärmen, bzw, zu kühlen.
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In der Industrie sind ferner Torluftschleier-Anlagen
bekannt, die fest hinter den Industrietoren, möglichst mit der Auslassöffnung oberhalb
der Oberkante des Tors, angebracht werden. Dabei sind Tore mit einer
Höhe von
mindestens 5 m keine Seltenheit, um beispielsweise das Passieren
von Lastwagen, Staplern oder Sondermaschinen durch das Tor zu ermöglichen.
Bei den bekannten Luftschleiergeräten ergibt sich dabei jedoch
das Problem, dass der den Luftschleier bildende Luftstrom das Eindringen
von Luft in einen Raum nur dann wirkungsvoll zu behindern vermag,
wenn er mit gewissen vorgegebenen Luftgeschwindigkeiten den Boden
erreichen kann. Da der Luftstrom jedoch nicht hinreichend laminar
verläuft,
ist mit größeren Torhöhen ein überproportional
anwachsender Luftvolumenstrom erforderlich. Dieser Volumenstrom
ist jedoch mit vertretbarem wirtschaftlichen Aufwand nicht auf die
sonst üblichen 34°C zu beheizen.
Dies gilt sowohl für
die Betriebskosten, als auch für
den notwendigen Installations- und Verlegeaufwand, wenn die vorhandene
Heizungsanlage die benötigten
Wärmeleistungen
nicht zur Verfügung
stellen kann. Dies gilt insbesondere bei Lagerräumen, die bislang über gar
keine oder geringere Heizmittel verfügen.
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Bei derartig hohen Toren werden daher
Industrieluftschleier mit hohem Volumenstrom aber ohne Erwärmung der
Luft eingesetzt, die die normalerweise nicht als unangenehm empfundene
Raumluft ansaugen und ausblasen. Personen, die eine derartige Schleuse
passieren, empfinden die schnell bewegte Raumluft jedoch als kälter, was
auf die sogenannte „empfundene
Temperatur" zurückzuführen ist,
welche eine Funktion der Lufttemperatur, Luftgeschwindigkeit und
Luftfeuchtigkeit ist. Daher werden derartige Luftschleieranlagen
in der Praxis gerne von den Werkern, beispielsweise Staplerfahrer,
abgeschaltet, um die mit der hohen Luftgeschwindigkeit verbundene
unangenehme empfundene Ausblastemperatur des Luftschleiers zu umgehen.
Dadurch vergrößert sich
jedoch das Problem weiter, da dies zu in weiteren Energieverlusten
durch das offene Tor führt,
wodurch die Raumlufttemperatur weiter absinkt.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum Erzeugen eines Luftschleiers,
insbesondere zum Einsatz an Industrietoren, zu schaffen, die die
obigen Probleme vermeiden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der
eingangs genannten Gattung gelöst,
welche die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs
aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein unbeheizter,
mit hohen Geschwindigkeiten ausgeblasener Luftschleier von einer
im Luftzug stehenden Person dann als nicht unangenehm empfunden
wird, wenn die den Luftzug ausgesetzten Körperpartien, beispielsweise
Hände und
Gesicht, gleichzeitig von einem Wärmestrahler angestrahlt werden,
so dass die der Person zugeführte
bzw. von der Person abgeführte
Wärmeenergie
derartig gering ist, dass die Situation von der Person weder als
zu kalt noch als zu warm empfunden wird.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, dass die Luftschleiervorrichtung einen Wärmestrahler
umfasst.
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Die Situation wird dann von der Person
als angenehm empfunden, wenn sich Luftschleier und Wärmestrahlung
in dem Bereich kreuzen, in dem sich die Person üblicherweise beim Passieren
des Luftschleiers befindet. Je nach Arbeitsplatzsituation befindet
sich dieser Bereich beispielsweise in Höhe des Rumpfes von gehenden
Personen, oder im Bereich des höher
liegenden Rumpfes eines Gabelstaplerfahrers. Dadurch, dass anstatt
erwärmter
Luft Strahlungswärme
verwendet wird, ergibt sich der Vorteil, dass die Strahlungswärme gezielt
nur zum erwärmen der
in der entsprechenden Zone befindlichen Person genutzt wird, während der
große
im Luftschleier geführte
Volumenstrom an Luft nicht geheizt wird. Bei bekannten Luftschleiergeräten war
ein Beheizen der aus dem Raum angesaugten Raumluft jedoch nur zu dem
Zweck nötig,
um ein übermäßiges Auskühlen der
im Luftschleier befindlichen Personen zu verhindern. Durch das Weglassen
einer konventionellen Heizung, das heißt einer solchen, die den Luftstrom selber
erwärmt,
ergibt sich daher eine erhebliche Energieeinsparung, da über den
Luftschleier nur wenig Energie an die Umgebung verloren geht. Ein
erwärmter
Luftschleier hat darüber
hinaus den Nachteil, dass die in ihm enthaltene warme Luft nach
oben steigt, was der gewünschten
Abwärtsbewegung
des Luftschleiers entgegenwirkt. Dies wird konventionell durch Erhöhung der
Ausblasleistung kompensiert. Erfindungsgemäß kann daher der Volumenstrom
verringert werden, was zu gesenkten Betriebskosten und einer geringeren
Geräuschemission
führt.
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Bei konventionellen beheizten Luftschleiergeräten wurde
der hohe Luftvolumenstrom zu dem durch Radiatoren gedrückt. Dadurch
entstehen innere Druckverluste, die durch eine erhöhte Förderleistung
ausgeglichen werden müssen.
Diese Verluste werden erfindungsgemäß vermieden. Der notwendigerweise
hohe Wärmeübergang
zwischen Radiatoren und Luftstrom erforderte ein Führen des
Luftstroms durch eng angeordnete Wärmeleitbleche der Heizung,
die beim Vorhandensein von Staub in der Atmosphäre verstopfen können, wodurch
die Heizleistung weiter sinkt. Aus diesem Grund werden bei konventionellen
Luftschleiergeräten
Filter eingesetzt, die erfindungsgemäß überflüssig werden. Dies senkt die
Wartungskosten und die erforderliche Förderleistung zur Überwindung
des vom Filter aufgebauten Luftwiederstandes.
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Wärmestrahler
haben den Vorteil, dass die von ihnen abgestrahlte Wärme auch
größere Strecken
verlustarm überwinden,
Im Eingangsbereich bestrahlte Pfützen
verdunsten schneller und Eisbildung wird vermieden.
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In einer Ausgestaltung werden Elektrostrahler
als Wärmestrahler
eingesetzt, da sie besonders leicht zu montieren, zu betreiben und
steuern, sowie preiswert sind. Jedoch ist der Wirkungsgrad einschließlich des
zum Erzeugen der Elektrizität
notwendigen Prozesses unbefriedigend, weshalb die Betriebskosten
hoch sind.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung
ist bevorzugt, direkt befeuerte Dunkel- oder Hellstrahler einzusetzen.
Dunkelstrahler – Heizsysteme
bestehen aus einzelnen Gasstrahlern mit direkter Befeuerung und
arbeiten auf Basis langwelliger Wärmestrahlung. Bekannte Dunkelstrahler
werden üblicherweise knapp
unter der Hallendecke oder möglichst
hoch an den Hallenwänden
montiert und geben Wärmestrahlen
Richtung Boden ab. Fußboden,
Wände und
feste Materialien im Strahlungsbereich werden erwärmt und
wirken dann wie ein übergroßer Heizkörper. Ausgeblasene
Warmluft mit Staubaufwirbelungen, Lärm und Zugluft werden vermieden.
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Dunkelstrahler bestehen aus Strahlröhren, Wärmereflektoren
und einem Gas- Saugzugbrenner samt Zubehör. Durch die Strahlrohre wird
eine Gasflamme gesaugt und werden dadurch – von innen – auf eine
mittlere Oberflächentemperatur
von ca. +450 – 650°C erwärmt (Saugzugbrenner).
Um die Wärmestrahlen
in die gewünschte
Richtung zu lenken und zur Verminderung von auftretender Konvektionswärme sind über den
Strahlrohren Wärmereflektoren
angebracht. Dunkelstrahler haben keine offene Flamme, d. h. das
Strahlrohr ist gleichzeitig Brennkammer.
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Hellstrahler, auch Keramikstrahler,
Infrastrahler, oder Infrarotstrahler genannt, sind einfache, gasbefeuerte
Heizstrahler. Herz der Hellstrahler ist eine poröse Keramikplatte, welche mit
Flüssiggas oder
auch Erdgas auf knapp 900 – 1
.000 °C
erhitzt und dadurch zum Glühen
gebracht wird. Daher ist der Wirkungsgrad besonders hoch. Durch
diese hohen Oberflächentemperaturen
geben Hellstrahler die Wärme
fast ausschließlich
in Form von Wärmestrahlung
ab.
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Derartige Strahler werden beispielsweise
in Werkshallen als Wärmequelle
für die
Werker eingesetzt, damit diese die niedrig gehaltene Raumtemperatur
nicht als unangenehm empfinden. In der Übergangsjahreszeit finden sie
außerdem
als mobile Geräte
in der Gastronomie Verwendung, um die Außensaison zu verlängern. Bei
derartigen Strahlern wird eine von einem Brenner erzeugte Flamme
durch einen Hohlkörper
geführt.
Beim Hellstrahler ist der Hohlkörper
lichtdurchlässig,
beim Dunkelstrahler undurchsichtig. Der Hohlkörper kann röhrenförmig gestreckt und gebogen
sein. Dabei ist es unter Umständen
jedoch notwendig, durch ein Gebläse
die Flamme in Richtung auf das offene Ende des Rohres zu ziehen.
Daher bestehen erfindungsgemäß verwendbare
Dunkel- oder Hellstrahler aus einem Brenner, einem hohlen Leiter
zum Führen
der Flamme und einem an dem Brenner entgegengesetzten Ende des Leiters
wirkenden Sauggebläse.
Derartige Strahler haben gegenüber
Elektrostrahlern einen höheren Wirkungsgrad,
da der Umweg über
den Stromerzeugungsprozess vermieden wird. Gegenüber Strahlungskörpern, die
mittels Wasser oder eines anderen Heizmediums betrieben werden,
haben sie den Vorteil des einfacheren Aufbaus, da die Flamme unmittelbar,
das heißt
ohne Zwischenschaltung eines zirkulierenden Mediums, den Wärmestrahler
erwärmt. Außerdem sind
wesentlich höhere
Temperaturen, beispielsweise 450 – 1 .000 °C erreichbar. Dadurch wird es
möglich,
auch Personen zu bestrahlen, die sich den bei Industrietoren üblichen
größeren Entfernungen
von der Strahlungsquelle befinden.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist
ein Reflektor, beispielsweise ein entsprechend geformtes reflektierendes
Blech zum Lenken der Wärmestrahlung
in eine bestimmte Richtung vorgesehen, so dass eine Bündelung
und effektivere Nutzung der Wärmestrahlung
möglich
ist. Optimalerweise strahlt daher der Wärmestrahler lediglich in den
Bereich, in den Personen üblicherweise
dem Luftschleier ausgesetzt sind.
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Vorteilhafterweise ist der Wärmestrahler
verschwenkbar um entweder flexibel auf unterschiedliche Umgebungssituationen,
beispielsweise Wind, reagieren zu können. Die Verschwenkbarkeit
hat auch Vorteile, wenn sie dazu genutzt wird, um beispielsweise
bei der Montage eine dauerhafte Einstellung vorzunehmen.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist
vorgesehen, dass Lamellen die Ausblasrichtung des Luftschleiers
bestimmen. Es ist einfacher, eine Vielzahl miteinander verbundener
oder einzelner Lamellen zu diesem Zweck zu bewegen, als die gesamte
Ausblasvorrichtung neu auszurichten. Entsprechend geformte Lamellen
haben darüber
hinaus den Vorteil, dass sie den Luftstrahl laminarer gestalten,
so dass er über
ein längere
Strecke geeignet ist, einen Luftaustausch zwischen verschiedenen
Zonen zu behindern. Die Verschwenkbarkeit kann auch hier einerseits
dazu benutzt werden, flexibel auf sich veränderte Umweltbedingungen zu
reagieren oder um bei der Montage die Ausblasrichtung für die Zukunft
festzulegen. Bevorzugt werden Lamellen eingesetzt, die einen Auslaß nach Art
der Coanvara-Düse
bilden.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind
Sensoren vorgesehen, die den für
in der Nähe
befindlichen Personen oder Gegenständen gefährlichen Wärmestrahler abschaltet. Geeignete
Sensoren sind z.B. Lichtschranken, Kontaktdrähte, Ultraschall oder Laserentfernungsmesser.
Je nach Gefährdungsgrad
ist es zweckmäßig entweder
sofort oder erst zeitverzögert
abzuschalten. Wird beispielsweise gemeldet, dass ein Objekt näher als
10 cm an der Strahlungsquelle ist, so ist die sofortige Abschaltung
veranlasst. Andererseits ist eine zeitversetzte Abschaltung zweckmäßig, wenn
sich ein Objekt beispielsweise länger
als eine Minute in einem Abstand kleiner als 90 cm dem Wärmestrahler
nähert.
Dadurch wird verhindert, dass sich die Vorrichtung abschaltet, wenn ein
Lastwagen die Toreinfahrt passiert. Zur Abdeckung der zuvor genannten,
beispielhaften Fälle kann
also auch eine Kombination verschiedenartiger Sensoren zur Auslösung der
o.g. Reaktionen vorgesehen sein. Das sofortige Abschalten und zeitverzögerte Abschalten
kann auch Entfernungsabhängig miteinander
kombiniert sein.
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Zur Optimierung des Behaglichkeitsempfindens
von dem Luftschleier ausgesetzten Personen und zur Senkung des zum
Betrieb der Anlage notwendigen Energieverbrauchs, kann der Fachmann durch
geeignete Versuche einen oder mehrere der folgenden Parameter berücksichtigen
bzw. abstimmen:
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Temperatur, Geschwindigkeit und Volumenstrom
des Luftschleiers, Temperatur- und Druckunterschiede zwischen den
Zonen, Temperatur und Größe des Wärmestrahlers,
Abstrahlrichtung des Wärmestrahlers
und des Luftschleiers, Abstand der Ausblasöffnung und der Wärmestrahler
von Personen oder Objekten.
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Die Abstimmung kann auch automatisch, das
heißt
derart, dass auf veränderte
Bedingungen automatisch reagiert wird, erfolgen, wobei eine Steuerung
mit entsprechenden Sensoren einzusetzen ist.
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Der Wirkungsgrad der Vorrichtung
kann in einer weiteren Ausgestaltung dadurch verbessert werden,
dass ein Teil der Abwärme
des Wärmestrahlers zur
Erwärmung
des Luftschleiers genutzt werden kann. Im einfachsten Fall geschieht
das dadurch , dass der ohnehin vorhandene Reflektor oberhalb der Heizquellen
die über
ihm gezogene Luft erwärmt.
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Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades
kann dadurch erreicht werden, dass die aus dem Dunkel- oder Hellstrahler
stammenden Abgase, die typischerweise noch hohe Temperaturen von
450 – 1
.000 °C
aufweisen, durch einen Wärmetauscher, beispielsweise
einen Radiator, geführt
werden, die den den Luftschleier bildenden Luftstrom bevor er aus
der Ausblasöffnung
austritt erwärmt.
In Versuchen wurde festgestellt, dass dieser Effekt bei typischen
Luftvolumenströmen
zwar nur eine Erwärmung
von 1 bis 3 °C
bringt, jedoch ist wegen der hohen Luftgeschwindigkeit aus den zuvor
genannten Gründen
die gespürte
Erwärmung
deutlich höher.
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In einer weiteren Ausgestaltung werden
die Abgase über
eine Weiche in mehrere parallel zueinander angeordnete Radiatoren
geführt.
Dadurch entfällt
die Notwendigkeit einen größeren Radiator
zu bauen und es können
preiswerte Standartradiatoren derart kombiniert werden, dass eine
optimale Ausnutzung der Abgase ermöglicht wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist
der Dunkel- oder Hellstrahler U-förmig gebogen, derart, dass Einlass
und Auslass nebeneinander liegen. Dadurch sind die zum Betrieb eines
solchen Strahlers notwendigen Aggregate, namentlich Brenner und
Absauggebläse
wirtschaftlich nebeneinander montierbar. Dadurch wird auch eine
kompakte Abmessung der Vorrichtung erreicht und es sind leichter
vormontierte Einheiten verwendbar.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist
die Vorrichtung in einem kompakten Gehäuse vorgesehen und umfasst
daher zumindest eine Ansaugöffnung,
eine Ausblasöffnung,
ein Gebläse
und einen Wärmestrahler.
Erfindungsgemäß können natürlich auch
die Bauteile an unabhängig
voneinander liegenden Orten aufgebaut sein. Im Extremfall ist es
also möglich,
irgendwo angesaugte Luft mittels eines Gebläses zu einem Eingang zu fördern, dort
einen horizontal verlaufenden Luftschleier auszublasen und die Wärmestrahler
oberhalb der Tür
anzuordnen, um von oben die Wärme
abzustrahlen.
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Das Gebläse kann sich vor dem Radiator
befinden, d.h, er drückt
die Luft zunächst
durch diesen. Dadurch kann das Gerät kompakter aufgebaut werden
und das Gebläse
hat eine längere
Lebensdauer, da es nur Luft mit Raumtemperatur fördert. Ein Gebläse hinter
dem Radiator vermag einen höheren Luftdruck
vor der Ausblasöffnung
aufzubauen, was den Luftschleier stabiler macht.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand
von Figuren erläutert
und zwar zeigt
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1 eine
Prinzipskizze einer aufgebauten erfindungsgemäßen Luftschleieranlage und
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2 die
Luftschleieranlage aus 1 in der
Untersicht.
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Die Luftschleieranlage 1 umfasst
ein Gehäuse
zum Ausblasen eines Luftschleiers 2. Vom Radiallüfter 15 angesaugt
durchströmt
die Luft zunächst
die Ansaugöffnung 16 ,
passiert dabei die Radiatoren 14 und wird durch die Ausblasöffnung 3 mittels
der zur Coanvara-Düse
ausgebildeten Lamellen 9 zum Luftschleier 2 geformt.
Der Luftschleier 2 verhindert dabei das Einfallen von Luft
aus dem Außenbereich
Za in den Innenbereich Zb, Die Person, die gerade von dem Außenbereich
in den Innenbereich geht, ist im Gesichtsbereich dem Luftschleier 2 ausgesetzt.
Der durch den Radiator 14 nur unwesentlich aufgeheizte Luftstrom
wird von der Person als kalt empfunden. Insofern unterscheidet sich
die Luftschleiervorrichtung 1 nicht von bekannten Modellen.
Jedoch ist auf der Unterseite ein Wärmestrahler 4 vorgesehen,
der Wärmestrahlung 5 erzeugt.
Die im Luftschleier befindliche Person ist gleichzeitig dieser Wärmestrahlung
ausgesetzt und empfindet die Luft daher als wärmer. Der Wärmestrahler 4 umfasst
zur Bündelung
der Wärmestrahlung
einen direkt befeuerten Dunkel- oder Hellstrahler 7, sowie
Reflektoren B. Lediglich angedeutet ist, dass der Wärmestrahler
durch Verschwenken des Strahlers 7 in eine andere Position 7' die Wärmestrahlung 5 in
eine andere Richtung abgeben kann. Je nach Einzelfall kann es dazu
notwendig sein, auch den nicht zwingend notwendigen Reflektor 8 mit
zu bewegen. In der in 2 dargestellten
Untersicht ist darüber
hinaus zu erkennen, dass der Strahler 7 U-förmig gebogen
ist, Ein direkt befeuerter Gasbrenner 10 wirft eine Flamme
in das Rohr 7, die Flamme wird durch den Ansauglüfter 1 1
angesaugt und die noch heiße
Abluft der in 1 dargestellten Wärmerückgewinnung
mit Abgaswärmetauscher (13, 14) über ein
vorzugsweise flexibles Verbindungsstück 12zugeführt.
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In 1 ist
zu erkennen, dass über
einen als Weiche dienenden Verteiler 13 die über das
Verbindungsrohr 12 zugeführte Abluft den drei parallel
angeordneten Radiatoren 14 zugeführt werden kann, die den Luftstrom
im Gerät
um einige Grad erwärmen.