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Brenner für katalytische Verbrennung.
Es sind bereits Verfahren und auch Vorrichtungen zur flammenfreien Verbrennung gasförmiger oder vergaster Stoffe bekannt. Während bei derartigen älteren Vorrichtungen der Brennstoff durch eine katalytisch wirkende Masse geleitet wurde, um auf deren Luftseite verbrannt zu werden, wurde bei jüngeren Vorrichtungen der Brennstoff sowie die Verbrennungsluft in einen besonderen Mischraum geleitet, wonach das Gemisch den katalytisch wirkenden Körper durchdringen musste. Den älteren Vorrichtungen ist das wesentliche Merkmal eigen, dass bei der Leitung der Brennstoffgase durch den Italy sator und Verbrennung derselben auf der Luftseite desselben die Luftzufuhr in der Verbrennungszone leicht ungenügend war und nur verhältnismässig tiefe Verbrennungstemperaturen (300-400 C) erreicht wurden. Dies gilt z.
B. für die bisher gebräuchliche katalytische Verbrennung von Benzin nach dessen vorhergehender Vergasung. Wenn die Luftzufuhr in der Verbrennungszone ungenügend ist, wird die Verbrennung unvollständig und Kohlenoxyd und Kohlenstoff gebildet, welcher sich im Katalysator niederschlägt. Der Kohlenstoff weist auch die Neigung auf, sich mit dem fein zerteilten Katalysator zu verbinden, der gewöhnlich aus Platin oder einem andern Schwermetall bzw. aus einem Salz eines solchen Metalls besteht. Weiterhin sind im Brennstoff meistens geringere Mengen Schwefel, Arsenik usw.
(Katalysatorvergifter) vorhanden, die sich ebenfalls im Katalysator absetzen und sich gegebenenfalls mit demselben (z. B. zu Sehwefelplatin) verbinden. Diese Umstände hatten zur Folge, dass die Wirkung des Katalysators allmählich abnahm und schliesslich vollständig verschwand. Bei unvollständiger Verbrennung tritt überdies auch Russbildung auf, und anscheinend werden auch auf synthetischem Wege gewisse Kohlenwasserstoff Verbindungen gebtidet, z. B. Methan, die eine sehr hohe Verbrennungstemperatur (für Methan bis auf 750 C) erfordern, um zu verbrennen. Da so hohe Temperaturen bei den bisher bekannten, u. zw. sowohl bei den älteren als auch bei den jüngeren katalytischen Verbrennungsvorriehtungen nicht erreicht werden, verbleiben diese Stoffe unverbrannt.
Man glaubte nun durch Mischung der Brennstoffgase mit der Luft vor Durehdringen des Katalysators eine Erhöhung der Verbrennungstemperatur zu erreichen. Es zeigte sich jedoch, dass auch bei vorheriger Misehung in einem besonderen Mischraum und nachherige Durchdringung des Katalysators von dem Gasgemisch keine Erhöhung der Temperatur herbeizuführen war, vielmehr es sich als notwendig erwies, durch diesen Vorgang sogar die Temperatur unter allen Umständen unter der Selbstzündungstemperatur der Gase zu halten, um eine Explosion oder einen Brand zu vermeiden.
Erst vorliegender Erfindung ist es vorbehalten geblieben, das Verfahren in Verbindung mit einer solchen Vorrichtung zur Ausführung zu bringen, die es ermöglicht, die Verbrennung bei bedeutend höherer Temperatur (800-10000 C) durchzuführen. Ausser der Tatsache, dass sich bei dieser hohen Temperatur schädliche Verbindungen nicht bilden können (Schwefelwasserstoff, der früher zerlegt wurde, wird jetzt verbrannt), die die Wirkung des Katalysators herabsetzen, kann die Luftzufuhr in der Verbindungszone in genügendem Masse reichlich werden, wodurch der Erzeugung von Kohlenoxyd vorgebeugt und die Russbildung vermieden wird, so dass der Katalysator stets mit voller Wirkung arbeiten kann.
Die hohe Temperatur, die erreicht wird, ist viel höher als die, welche zur Selbstzündung des betreffenden Brennstoffes erforderlich ist, was in hohem Masse zur Betriebssicherheit des Apparates und zur Verbrennung solcher Kohlenwasserstoffverbindungen beiträgt, die nur bei hoher Temperatur ver- brennen. Das erfindungsgemässe Verfahren besteht nun im Wesen darin, dass die Mischung des Brenn- stoffes mit der Verbrennungsluft in dem Verbrennungsraum selbst erfolgt, worauf das Brennstoff-Luft-
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Gemisch ohne Widerstand die katalytisch wirkenden Brennerwände bestreichen kann und auf diese Weise einer flammenfreien Verbrennung zugeführt wird.
Dem Umstand, dass die Mischung des Brennstoff- gases mit der Luft erst unmittelbar vor der Verbrennung vor sich geht, ist es zu verdanken, dass trotz der gegenüber dem bekannten Verfahren stark erhöhten Temperatur jede Explosions-und Brandgefahr vermieden ist. Das wesentliche Merkmal der ausserordentlich einfach gehaltenen Vorrichtung ist dmn gelegen, dass der zwischen dem Brennstoffzuführungsrohr und dem dieses umgebende katalytisch wirkenden Brennerrohr entstehende Zwischenraum den Verbrennungsraum bildet.
Um die katalytische Wirkung zu erhöhen, ist das den Verbrennungsraum umgebende Rohr mit ausserordentlich grosser Oberfläche durch wellenförmige Ausbildung-ausgestattet, so dass das Gasgemisch zwischen diesem und einem ebenfalls katalytisch wirkenden hauben- oder glockenförmigen Körper streicht.
Die Erfindung wird im nachfolgenden näher beschrieben und auf der beigefügten Zeichnung veranschaulich, die als Beispiel eine geeignete Ausführungsform eines gemäss der Erfindung hergestellten Brenners für katalytische Verbrennung von Benzin od. dgl. nach vorhergehender Vergasung darstellt.
Fig. 1 zeigt den Brenner in Seitenansieht, teilweise im Schnitt, und Fig. 2 zeigt denselben im Grundriss, gleichfalls teilweise im Schnitt.
Auf der Zeichnung bezeichnet 1 einen rohrförmigen, zentralen Körper, der unten mittels einer Verschraubung an die Brennstoffzuführungsleitung angeschlossen werden kann, in der eine geeignete Vorrichtung in Form eines durch einen Schwimmer oder auf andere geeignete Weise geregelten Ventils, zur Regelung der Brennstoffzufuhr angebracht werden kann, wobei der Brennstoff aus Benzin od. dgl. besteht. Das Rohr 1 kann im Betriebe vorzugsweise mit einer geeigneten porösen Masse gefüllt sein, z. B. Metalldrahtnetz. Aussen um das Rohr 1 herum ist eine Hülse 2 angebracht, die auf einem mit Gewinde versehenen unteren Teil des Rohres aufgesehraubt ist, wobei über diesem unteren Teil zwischen dem Rohre 1 und der Hülse 2 ein Zwischenraum. 3 gebildet wird.
Auf der Hülse 2 ist ein dieselbe umgebender haubenförmiger oder glockenförmiger Körper 4 aus geeignetem Material befestigt, der mit feinzerteiltem Platinschwamm oder einer andern geeigneten Kontaktsubstanz behandelt oder belegt ist. Die mit einem mittleren Loche für die Hülse 2 versehene Haube 4 ruht auf einer Scheibe 5 und wird durch eine Mutter 6 festgehalten. In ihrem oberen Teil ist die Haube 4 im Innern mit einer Metallschutzhülle 7 versehen. Aussen um die Haube 4 herum ist ein vorzugsweise gewellter, rohrförmiger Kirper 8 angebracht, der wie die Haube 4 aus einem geeigneten, mit einer geeigneten Kontaktsubstanz behandelten oder belegten Material besteht. Dieser, in einigem Abstand um die Haube 4 herum angeordnete Körper 8 ist seinerseits von einem äusseren, wärmeisolierenden Gehäuse 9 umgeben.
Der Körper 8 und das Gehäuse 9 ruhen auf einer durchlochten oder mit grossen Öffnungen versehenen Blech- platte 10, die auf dem zentralen Rohre 1 befestigt ist. Das äussere Gehäuse 9 wird durch einen Befestigungs-
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Aussen um die Hülse 2 herum ist ein geeigneter elektrischer Widerstand 12 angeordnet, durch welchen der Brenner zum Anlassen der katalytischen Verbrennung elektrisch erhitzt wird. Bei diesem tritt der mehr oder weniger vergaste oder zerstäubte Brennstoff durch feine Öffnungen J. 3 in der oberen
Seitenwand des Rohres 1 in den dasselbe umgebenden Raum 3 aus.
Die Öffnungen 13 werden durch einen drehbar auf dem Rohre 1 angebrachten Ring 14 geregelt, der von einer Bimetallfeder 15 beeinflusst wird und unter deren Einwirkung gedreht wird, so dass mehr oder weniger Öffnungen 13 gedeckt werden, je nach der Höhe der herrschenden Temperatur, nach welcher die Brennstoffzufuhr zur Vorrichtung geregelt wird. Vom Raum 3 tritt dann das Brennstoffgas durch in der Hülse 2 angebrachte Löcher 16 oben in die Haube 4 ein. Diese Löcher sind derart schiefgestellt oder gerichtet, dass die Gase beim Ausströmen eine kreisende Bewegung in der Haube 4 erhalten. Durch diese kreisende Bewegung des Gases wird dessen nachträgliche Mischung mit der von unten zutretenden Verbrennungsluft erleichtert.
Wenn das Brennstoffgas dann mit der durch den Brenner aufsteigenden Luft in Berührung mit dem Kltalysator verbrennt, wird eine äusserst vollständige Verbrennung desselben unter Erzeugung einer sehr hohen Temperatur in der Verbrennungszone erreicht. Zur Aufrechterhaltung dieser hohen Temperatur in der Verbrennungszone trägt auch das den Brenner umgebende Aussengehäuse 9 bei.
Die Metallschutzhülle 7 verhindert die Verbrennung daran im obersten Teil der Haube 4 stattzufinden, wo die Luftzufuhr zu gering ist und Russbildung auftreten würde. Wegen der Metallehlitz- hülle 7 entsteht also keine Gefahr einer Verstopfung der Gasöffnungen durch Russ.
Nicht die geringste Explosions-oder Brandgefahr ist mit dem Brenner während des Betriebes verbunden. Zur Entzündung der Gase, so dass diese explosionsartig oder mit einer Flamme verbrennen, die entzünden wirken kann, ist in erster Reihe eine genügende Einmischung von Luft in das Brennstoffgas erforderlich. Weiters muss das Gasgemisch durch eine Flamme oder einen Funken entzündet werden oder auch über dessen Selbstzündtemperatur (ungefähr 4150 C) erhitzt werden. Bei der katalytischen Verbrennung wird keine Flamme gebildet, die das Gasgemisch entzünden kann, und weiterhin erreicht das Gasgemisch als solches trotz der hohen Temperatur in der Verbrennungszone im Katalysator nie eine so hohe Temperatur, dass Selbstentzündung auftreten könnte.
Das Gasgemisch strömt durch den Brenner mit verhältnismässig grosser Geschwindigkeit, so dass keine Zonen mit stillstehenden oder sich nur langsam bewegenden Gasen vorhanden sind. Sobald die Gase mit den heissen Wänden des K ta-
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lysators in Berührung kommen, werden sie unter Einwirkung der Kontaktsubstanz ohne Flammenbildung oxydiert. Eine Erwärmung der Brennstoffgase bei deren Strömung durch die Haube tritt freilich auf, jedoch bevor die Gase mit der aufwärts steigenden, kalten Luft vermischt werden, so dass an dieser Stelle doch keine Explosionsgefahr besteht, weil der Brennstoff noch nicht mit der zu dessen Ver- brennung erforderlichen Luftmenge vermischt ist.
Wenn nachträglich das Brennstoffgas rasch mit reichlichen Mengen an kalter Luft vermischt wird, wird es auch durch d'eselbe abgekühlt und unmittelbar danach bei Berührung mit dem Katalysator verbrannt, so dass, wie gesagt, keine Gefahr vorhanden ist, dass das Gasgemisch an irgendeiner Stelle gleichzeitig eine solche Temperatur und Zusammensetzung erhält, dass eine Selbstentzündung entstehen könnte.
Der katalytische Brenner gemäss der Erfindung besitzt hinsichtlich der Brandsicherheit und wegen der geringen Bedienung und Wartung, die er bedingt, sowie hinsichtlich seines guten Wirkungsgrades und seines Vermögens, unter Beibehaltung desselben mit den verschiedensten Wärmeeffekten zu arbeiten, sehr bedeutende Vorteile gegenüber allen andern Brennern bekannter Art und kann für die verschiedensten Zwecke benutzt werden. Nur 2ls Beispiele von Anwendungsmögl@chkeiten des Brenners gemäss der Erfindung können Heizvorrichtungen für Autos, für das Kühlmittel bei Kraftwagen-und Flugzeugmotoren, für Garagen, für Tankstellen, für wärmespeichernde Öfen und K mine, Warmwassererzeuger, Eerbrütapparate usw. erwähnt werden.
PATENT-ANSPRACHE :
1. Verfahren für flammenfreie Verbrennung gasförmiger oder vergaster Brennstoffe unter Verwendung von Katalysatoren, bei dem der Brennstoff mit der Verbrennungsluft noch vor dem K'taly- sator gemischt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft in dem Verbrennungsraum erfolgt, worauf das Gemisch die mit ausscrordentl'ch grosser Oberfläche ausgeführten, katalytisch wirkenden Brennerwände widerstandslos bestreicht.