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Katalytischer Strahlungserhitzer
Die Erfindung bezieht sich auf einen katalytischen Strahlungserhitzer mit einer oder mehreren Strahlungseinheiten, von denen jede auf ihrer Rückseite mit Brennstoff und Verbrennungsluft beschickbar ist.
Ein bekannter Strahlungserhitzer dieser Art ist mit einer Schicht aus feiner Quarzwolle ausgestattet, in welcher das Heizgas unter Ausbildung hoher Temperaturen, die bei 800 - 9000C liegen, verbrennt. Eine zweite dünne Quarzwollschicht soll dabei ein Zurückschlagen der Flamme in das ankommende brennbare Gasgemisch verhindern. Die Quarzwollschicht kann an ihrer Aussenseite, an der die Verbrennung vor sich geht, zum Zwecke der Zündung bei der Inbetriebnahme des Strahlers mit einem Katalysator wie Platin oder Kobalt versehen sein.
Wo gasbefeuerte Glühstrahler benutzt werden, ist es bisher notwendig gewesen, das zu erwärmende Werkstück in einem verhältnismässig grossen Abstand vom Brenner anzuordnen, um eine gute Wärmever- teilung zu schaffen und lokale Überhitzungen zu vermeiden. Ausserdem sind Öfen, wenn sie mit gasbefeuerten Strahlungserhitzem ausgerüstet sind, zwangsläufig relativ gross und schwer und infolgedessen ziemlich teuer in der Herstellung und Aufstellung.
Gasbefeuerte Strahlungserhitzer können proportional gesteuert werden, so dass sie jede beliebige hohe oder niedrige Wärmeenergiemenge abzustrahlen in der Lage sind. Um dies zu erreichen, hielt man stets
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Eine andere Art von Strahlungserhitzem ist kürzlich entwickelt worden, die merklich niedrigere Temperaturen der Strahlungsheizquelle gestattet, als sie z. B. bei Glühradiatören benötigt werden. Sie beruht auf katalysierter Oxydation von Brenngas an der Strahlungswärme aussendenden Seite eines gasdurchlässigen Verbrennungselementes.
Es werden gewöhnlich Temperaturen von 200 bis 4000C in einem solchen katalytischen Verbrennungselement, das auch als Katalytstrahler bezeichnet wird, durch Steuerung der Brenngaszulieferung mittels eines Ventils zu einem Gasverteiler erhalten, der sich quer über die Rückseite des Katalytstrahlers erstreckt und den Zutritt von Sauerstoff für die Verbrennung auf der Heizseite des Katalytstrahlers durch Diffusion aus dem hinter der Katalysatorfläche liegenden Raum gestattet.
In diesem Zusammenhang ist beispielsweise ein Heizgerät vorgeschlagen worden, das einen unterhalb der Kontaktmasse angeordneten Gaserhitzer aufweist, der aus einem gleichmässig porösen Körper besteht. Es wurde jedoch festgestellt, dass bei Annäherung an die höchste Oberflächentemperatur von etwa 4000C eine vollständige Oxydation des Brenngases nicht erreicht wird, wahrscheinlich infolge einer unzureichenden Sauerstoffdiffusion zur Katalysatoroberfläche gegenüber der gesteigerten Zufuhrgeschwindigkeit der Brenngase. Ausserdem ist gewöhnlich eine elektrische Zündeinrichtung, die in das katalytische Verbrennungselement eingebaut ist, für den Start der Verbrennung und Erzielung der Strahlungstemperatur erforderlich, und dies kompliziert sowohl die Herstellung wie auch den Gebrauch solcher katalytischer Strahlungskörper.
Eine Abwandlung eines katalytischen Strah1ungserhitzers ist ein bekannter flammenloser Erhitzer, bei welchem ein Paket eng aneinanderliegender Netze als Katalysator für die Verbrennung dient, wobei der Katalysator unmittelbar mit dem Brennstoffluftgemisch beaufschlagt wird.
Bei einer andern bekannten Ausführungsform ist ein Gewebe aus Asbestfäden, die mit Platin oder Thorium imprägniert sind, über einem Rahmen ausgespannt, wobei der vom Rahmen und vom Gewebe
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umschlossene Raum mit einer Schicht aus Asbestfasem gefüllt ist, die wieder mit einem Gitter aus Metalldraht abgedeckt ist. Derartige Heizapparate lassen sich wegen der Verwendung von Asbest nur bis zu Temperaturen von etwa 4000C betreiben. Aber auch in diesem Falle büssen dieAsbestfasernbeimAus- glühen ihre Festigkeit ein, so dass derartige Heizapparate unter den Betriebsbedingungen nicht stosssicher sind und die erhitzten Schichten zum Zerfall neigen.
Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, ein Strahlungsheizgerät zu schaffen, das leicht herzustellen ist und in welchem die Quelle der Strahlungshitze ein katalytisches Verbrennungselement ist, von dem Strahlungsenergie im wesentlichen gleichförmig über seine ganze Oberfläche einseitig von der Stirnseite aus freigesetzt wird. Dabei soll der katalytische Strahlungserhitzer hoch widerstandsfähig gegen mechanische wie auch thermische Stösse sein, und das katalytische Verbrennungselement bzw. jedes von mehreren katalytischen Verbrennungselementen soll ohne sichtbare Flamme arbeiten und die ganze Strahlungswärmeabgabe soll auf einen gewünschten Ort oder Bereich ohne Benutzung üblicher Reflektoren gerichtet sein.
Dabei soll beim Betrieb des katalytischen Verbrennungselementes ein Wärmerückfluss verhindert und dadurch die Ausnutzung praktisch der ganzen vom Element abgegebenen Wärme ermöglicht sein. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Strahlungsheizgerätes, in welchem ein katalytisches Verbrennungselement oder mehrere solche Elemente als Strahlungswärmequelle gebraucht werden, das sich gleichmässig mit einem Gemisch von Brennstoff und Luft speisen lässt und auf Zündtemperatur gebracht werden kann, ohne dass Heizeinrichtungen in das bzw. die katalytischen Elemente eingebaut zu werden brauchen.
Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines katalytischen Verbrennungselementes bzw. mehrerer solcher Elemente als Strahlungswärmequelle, die eine vollständige Oxydation des Brenngases gleichmässig im ganzen Bereich der Strahlungsfläche eines Elementes ebensogut bei relativ niedriger wie
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besteht in der Schaffung eines Strahlungsheizgerätes, in welchem ein katalytisches Verbrennungselement oder eine Mehrzahl solcher Elemente als Strahlungswärmequelle in mehreren getrennten Zonen gebraucht wird bzw. werden, durch die das Werkstück wandern kann, um dieses verschiedenen Hitzebeaufschlagungen auszusetzen.
Der erfindungsgemässe katalytische Strahlungserhitzer mit einer oder mehreren Strahlungseinheiten, von denen jede auf ihrer Rückseite mit Brennstoff und Verbrennungsluft beschickbar ist und ein auf Zündtemperatur vorheizbares, gasdurchlässiges und sich über die gesamte Strahlungsfläche erstreckendes katalytisches Verbrennungselement und eine sich über den Bereich der Rückseite des katalytischen Verbrennungselementes erstreckende gasdurchlässige feuerfeste Gasverteilungsschicht aufweist, ist dadurch ausgezeichnet,
dass das katalytische Verbrennungselement aus einem an sich bekannten mit Edelmetalloberflächen versehenen Metallgitter von gleichmässiger Dicke oder aus mindestens einem in an sich bekannter Weise mit Edelmetall überzogenen hitzefesten Metalldrahtnetz besteht und auf seiner Rückseite durch ein wärmereflektierendes edelmetallfreies legiertes, vorzugsweise Chrom und Nickel enthaltendes Metallsieb mit etwa gleich grossen oder kleineren Öffnungen als diejenigen des katalytischen Verbrennungselementes von der Gasverteilungsschicht getrennt ist.
Dabei besteht erfindungsgemäss eine besonders zweckmässige Ausführungsform darin, dass das kata- lytische Verbrennungselement aus mindestens zwei eng aneinanderliegenden Netzen aus legiertem Metall, vorzugsweise einer aus Chrom und Nickel oder Chrom, Nickel und Eisen bestehenden Legierung, mit einem Überzug von mindestens einem der Metalle Platin und Palladium besteht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Strahlungserhitzers nach der Erfindung besitzt jede einzelne Strahlungseinheit einNetz oder Gitter, eine wolleartige Gasverteilungsschicht und ein katalytisches Verbrennungselement von gleich grosser rechteckiger Gestalt, das durch Randleisten in einem sich eng an die Kanten des Netzes oder Gitters, der Schicht und des Verbrennungselementes anfügenden rechteckigen Rahmen gehalten wird, und eine Wand, die aus einer Mehrzahl dieser Strahlungseinheiten durch Aneinanderreihen der Rahmen gebildet wird und die benötigte Gesamtstrahlungsfläche darbietet ;
diese Wand bildet den Teil eines Gehäuses, das einen Einlass für Brennstoff und Luft besitzt und zusammen mit dieser Wand einen einzigen die gleichzeitige Verteilung von Brennstoffluftgemisch auf alle Strahlungselemente dieser Wand gewährleistenden geschlossenen Gasverteilungsraum auf der Netz- oder Gitterseite aller Strahlungseinheiten dieser Wand bildet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform deskatalytischenStrahlungserhitzers nach der Erfindung sind ausserdem mehrere Strahlungseinheiten innerhalb eines Erhitzergegehäuses, das mit einem Gasbrenner für die gleichzeitige Vorheizung der katalytischen Elemente in diesen Einheiten auf Zündtemperatur ausgerüstet ist, angeordnet.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen ersichtlich.
Fig. l ist ein Schnitt im wesentlichen nach Linie 1-1 der Fig. 2 und zeigt eine Ausführungsform eines katalytischen Strahlungserhitzers nach der Erfindung. Fig. 2 ist eine Seitenansicht des in Fig. l dargestellten Erhitzers. Fig. 3 zeigt im Schnitt in grösserem Massstab den Aufbau einer bevorzugten Strahlungseinheit, die entweder als Wand oder Füllbrett gebraucht oder, in mehrfacher Wiederholung, zur Bil- dung einer Wand benutzt werden kann.
Bei dem in Fig. l dargestellten katalytischen Strahlungserhitzer stehen einander in senkrechter Anordnung, wie an sich bekannt, zwei Strahlungswände oder Strahlungserhitzereinheiten 11 und 12 mit Abstand gegenüber und sind auf einem Unterbau 10 in Richtung zueinander gleitbar beweglich gelagert.
Die Strahlungserhitzereinheit 11 kann ein rechteckiges hohles Gehäuse 13 mit einer Aussenwand
14, einer Deckwand 15, einer rinnenförmigen Bodenwand 16 und einer Innenwand besitzen, die aus einem Strahler 17 gebildet ist. Der besondere Aufbau dieses Strahlers sei nachstehend beschrieben.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, kann die Innenwand 17 aus einem rechteckigen Rahmen 18 mit nach innen gerichteten Randflanschen 19 und 20 bestehen. An den Flansch 19 liegt ein katalytisches Verbrennungselement 21 an, das für Luft und Brenngas durchlässig ist. Der Aufbau dieses Elementes 21 kann den Angaben in der USA-Patentschrift Nr. 2, 658, 742 entsprechen. Jedenfalls ist das katalytische Verbrennungselement 21 ein Metallelement, das Edelmetalloberflächen besitzt und sowohl für die Luft wie für das Brenngas durchlässig ist. Dieses Element kann eines oder mehrere Siebe oder Metallgaze aus einer Legierung von hohem Wärmewiderstand, überzogen mit Palladium, Platin oder irgendeinem andern Edelmetall, wie Osmium, Rhodium und Iridium, oder mit einer Mischung von mehreren Edelmetallen, vorzugsweise Platin und Palladium, aufweisen.
Auf der Rückseite des Elementes 21 ist zunächst die nachstehend näher beschriebene Reflexionsschicht 23b und dann eine Gasverteilungsschicht 22 angeordnet, die aus Mineral-oder Keramikwolle oder aus Metallwolle besteht und eine gleichförmige Dichte aufweisen kann. Vorzugsweise besteht sie jedoch aus zwei Lagen 22a und 22b verschiedener Dichte. Um die Schicht 22 ortsfest zu halten, ist ein Netz oder Gitter, z. B. das Sieb 23 vorgesehen, das ihre Rückseite abdeckt. Das Sieb 23 stützt sich auf den Flansch 20 des Rahmens 18. Die Schicht 22 ist gasdurchlässig, feuerfest und beträchtlich dicker als das katalytische Element 21. Im allgemeinen ist der Druckabfall in derselben grösser als in dem als katalytisches Verbrennungselement dienenden Sieb 21.
Die katalytisch aktive Wärmestrahlungsfläche wird vorzugsweise aus mindestens zwei eng aneinander liegenden legierten Sieben oder Gitterteilen 21a gebildet, die mit einem Edelmetall überzogen sind und verhältnismässig feineMaschen, z. B. Öffnungen im Bereich von 0,4 bis 0,85 mm haben. Das Metall oder die Legierung des Grundmaterials und der Edelmetallüberzug können gemäss den obigen Angaben und den Ausführungen der USA-Patentschrift Nr. 2, 658, 742, die schon erwähnt wurde, ausgeführt sein. Die katalytische Oberfläche ist mit einem Schutzsieb 52 nach aussen abgedeckt, das verhältnismässig steif und in der Lage ist, Beschädigung oder Deformation von den Katalysesieben abzuhalten, ohne die Wärmeabstrahlung wesentlich zu behindern.
Das Schutzgitter 52 kann aus einem hitzebeständigen legierten
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mal 6 mm bis 15 mm X 15 mm haben, jedoch können tür diesen Zweck ohne weiteres auch andere Maschenweiten verwendet werden.
Zwischen dem Katalytsieb 21 oder den katalytischen Sieben 21a einerseits und der Gasverteilungsschicht 22 oder 22a und 22b anderseits ist ein Maschennetz 23b aus legiertem Draht gelagert, das in besonders wirksamer Weise zur Reflexion der Strahlungswärme von den katalytischen Teilen nach aussen weg von der Gasverteilungsschicht 22 bzw. 22a und 22b dient. Dieses Maschennetz bzw. diese Siebschicht 23b ist auch insofern von Vorteil, als sie die gleichmässige Verteilung des LuftBrennstoffgemisches auf die Katalysatorschicht fördert.
DieSiebschicht 23b ist edelmetallfrei aus einer hitzefesten Legierung gefertigt und kann aus einem Draht kleinen Durchmessers mit feinen Maschen von derselben allgemeinen Grösse und Maschenweice bestehen, wie sie für die katalytisch aktivierten Siebe 21a vorgesehen sind, obgleich natürlich auch etwas kleinere oder ein wenig grössere Abmessungen als für letztere Anwendung finden können.
Die an das Maschennetz'3b angrenzende Schicht 22b ist im allgemeinen zur Unterbindung eines Strahlungsrückschlages und damit zur Verminderung der Gefahr einer Zündung und Explosion in der Gaszuführungsleitungdichtergepacktoderzusammengepresstalsdie Sussere Schicht 22a. Die Dichte
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Schichten 22a undder Druckabfall an der katalytischenStrahlungsfläche bei gegebener Brennstoffzufuhr zu einer maximalen
Strahlungswärmeabgabe führen. Das Sieb 23 besteht aus einem verhältnismässig steifen Draht und be- sitzt eine grössere Maschenweite, da es lediglich zum Festhalten der wolleartigenschichten 22 ? und 22b gegenüber den äusseren reflektierenden und katalytischen Sieben dient.
Es kann bezüglich seiner Draht- stärke und Maschenweite dem Aussensieb 52 ähnlich sein, braucht aber nicht auf irgendeine bestimmte
Grösse oder einen bestimmten Abstand begrenzt zu werden. Möglicherweise wird die Dicke der Schicht
22b grösser als die Dicke des katalytischen Verbrennungselementes (Sieb oder Gitter 21 bzw. Siebe
21a) und geringer als die Dicke der Schicht 22a sein. Ausserdem wird der Druckabfall in der Schicht
22b gewöhnlich grösser sein als der Druckabfall im katalytischen Verbrennungselement.
Eine nach unten und auswärts geneigte Trennwand 24 erstreckt sich von der Deckwand 15 des
Gehäuses 13 abwärts zu einer unteren Kante 25, die innen in Abstand von der Aussenwand 14 des
Gehäuses 13 und oberhalb der Bodenwand 16 dieses Gehäuses liegt. Die Trennwand 24 dient zur Unterteilung des Gehäuses 13 in eine innere Abteilung 26, die mit dem katalytischen Verbrennungs- element 21 durch das Sieb 23 und die Schicht 22 in freier Verbindung steht, und einer äusseren
Abteilung 27. Fig. 1 zeigt, dass die äussere Abteilung 27 mit der inneren Abteilung 26 nur um die Unterkante 25 der Trennwand 24 herum in Verbindung steht.
Ein beliebig gebauter Vorhéizbrenner 28, der sich im wesentlichen über die ganze Länge des Ge- häuses 13 erstreckt, ist im unteren Teil dieses Gehäuses nahe der Bodenwand 10 und in dem Weg des Luftstromes von Abteilung 27 um die Unterkante 25 der Trennwand 24 in die Abteilung 26 angeordnet. Ein gestrecktes gelochtes Rohr 29 ist an der Decke der Abteilung 27 angeordnet und verläuft praktisch über die ganze Länge des Gehäuses 15. Es dient zur Zufuhr einer geeigneten Mischung von Brennstoff und Luft zur Abteilung 27.
Die Strahlungsheizeinheit 11 kann, wie bereits bemerkt, auf dem Unterbau 10 gleitbar gelagert sein. Die Blöcke 30 sind am Gehäuse 13 befestigt und mit Flanschen 31 versehen, die in TSchlitzen 32 in der Oberseite des Unterbaues 10 gleitbar aufgenommen sind.
In ähnlicher Weise kann der Strahlungserhitzer 12 aus einem rechteckigen Gehäuse 33 mit einer Aussenwand 34, einer Deckwand 35, einer rinnenförmigen Bodenwand 36 und einer Innenwam 37 bestehen. Die Innenwand 37 besitzt denselben Aufbau wie die Innenwand 17 des Erhitzers 11.
Eine abwärts und auswärts geneigte Trennwand 38 ist im Gehäuse 33 vorgesehen. Diese Trennwand 38 reichtvon der Deckwand 35 nach unten zu einer Unterkante 39, die im Abstand von der Aussenwand 34 und der Bodenwand 36 des Genäuses 33 liegt. Die Trennwand 38 dient zur Schaffung einer inneren Abteilung 40 und einer äusseren Abteilung 41, die miteinander um die Unterkante 39 der Trennwand 38 herum in Verbindung stehen. Die Abteilung 40 steht wieder mit dem katalytischen Verbrennungselement der Innenwand 37 durch das Sieb und die Schicht aus wollartigem Material in Verbindung.
Ein Vorheizbrenner 42 ist im unteren Abschnitt der Abteilung 40 vorgesehen und ein mit Gas- durchtrittsöffnungen versehenes Zuleitungsrohr 43 für das verbrennliche Gasgemisch ist in der Abtei- lung 41 nahe der Deckwand 35 angeordnet. Die Strahlungsheizeinheit 12 ist ebenfalls mit Stützen 30 zur gleitbaren Lagerung in den Schlitzen 32 des Unterbaus 10 ausgerüstet.
Mit Hilfe unterer und oberer einstellbarer Strahlenschutzschilde. 44, 45 bzw. 46, 47 ist aus den Strahlungserhitzereinheiten 11 und 12 eine Kammer 48 zur Beheizung eines Gegenstandes 49 gebildet, der mittels einer Aufhängevorrichtung 50, eines Hakens od. dgl. die bzw. der von oben durch einen von den Innenkanten der Schilder 46 und 47 begrenzten Spalt 51 ragt, in die Kammer 48 eingehängt sein kann. Gegebenenfalls kann der Haken 50 von einem Transportband zusammen mit dem Gegenstand 49 durch die Kammer gefördert werden.
Beim Betrieb der durch die Zeichnungen erläuterten Ausführungsform der Erfindung sei angenom- men, dass ein warm zu behandelnder Gegenstand 49 in der Kammer 48 liegt und die Strahlungserhitzungseinheiten 11 und 12 so auf der Unterlage 10 eingestellt sind, dass der gewünschte Abstand zwischen den Innenwänden 17 und 37 und dem warm zu behandelnden Gegenstand 49 besteht. In die Abteilungen 27 und 41 wird durch die Rohre 29 und 43 Luft eingeführt. Die Vorheizbrenner 28 und 42 werden gezündet und auf eine richtige Wärmeabgabe zur Erhitzung der katalytischen Verbrennungseiemente 21 in den Innenwänden 17 und 37 auf Zündungstemperatur eingestellt.
Nachdem die katalytischen Elemente 21 Zündtemperatur erreicht haben, werden die Vorheizflammen gelöscht ; dann wird ein Brennstoff-Luft-Gemisch den Abteilungen 27 und 41 durch die Rohre 29 und 43 zugeführt, unc um die Unterkanten 25 und 39 der Trennwände 24 und 38 herum in die Abteilungen 26 und 40 eingeleitet, von wo das Gemisch durch die Siebe 23 und die Schichten 22 zu den katalytischen
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Elementen 21 strömt, wo es ohne Flammenerscheinung verbrennt. Die gesamte Wärmeabstrahlung erfolgt dabei in die Kammer 48 hinein und wird für die Erwärmung des Gegenstandes 49 nutzbar.
Anstatt die Vorheizbrenner in der angedeuteten Weise auf der Rückseite der Heizwände 17 und 37 anzuordnen, können diese auch so innerhalb der Heizkammer 48 angeordnet werden, dass sie auf die Stirnseiten der katalytischen Elemente der Heizwände 17 und 37 einwirken.
Wenn das Gerät in solcher Weise betrieben wird, dass die katalytischen Elemente 21 durch die katalytische Wirkung ständig oberhalb Zündtemperatur gehalten werden, so können die Vorheizbrenner während des Betriebes abgeschaltet bleiben. Je nach den Arbeitsbedingungen ist es jedoch in manchen Fällen zweckmässig, diese Brenner mit einer genügenden Wärmeabgabe in Betrieb zu halten, um sicherzustellen, dass die katalytischen Elemente 21 auf oder oberhalb Zündtemperatur gehalten werden. In diesem Falle müssen die Vorheizbrenner innerhalb der Heizkammer vorgesehen sein.
Die Wärmeabgabe der katalytischen Elemente 21 ist über deren ganze Oberfläche gleichförmig.
Der Wirkungsgrad des Gerätes nach der Erfindung ist relativ hoch und die auf dem Gegenstand 49 abgestrahlte Wärme kann innerhalb verhältnismässig enger Grenzen kontrolliert werden. Es ist natürlich vorausgesetzt, dass eine Regelmöglichkeit für die Vorheizbrenner 28 und 42 und für die Zufuhr von Brennstoff und Luft zu den Rohren 29 und 43 besteht.
Obgleich die verschiedenen Heizeinheiten, die katalytische Verbrennungselemente aufweisen, als im allgemeinen rechteckig und flach beschrieben worden sind, versteht es sich, dass diese Einheiten auch in anderer Gestalt gefertigt und z. B. gekrümmt oder in verschiedenen Gestaltungen ausgeführt sein können, um der Raumform des warm zu behandelnden Materials bzw. der zu behandelnden Gegenstände zu entsprechen. Draht oder Stangenmaterial kann kontinuierlich durch eine Strahlungseinheit gezogen werden, statt dass das Material von einer Fördereinrichtung getragen wird. Aus Gründen der einfacheren Darstellung ist in der Beschreibung lediglich die Wärmebehandlung von Stückgütern erörtert worden. Es liegt aber auf der Hand, dass der erfindungsgemässe Strahlungserhitzer auch für Kochzwecke sowie zur Raumbeheizung gebraucht werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Katalytischer Strahlungserhitzer mit einer oder mehreren Strahlungseinheiten, von denen jede auf ihrer Rückseite mit Brennstoff und Verbrennungsluft beschickbar ist und ein auf Zündtemperatur vorheizbares, gasdurchlässiges und sich über die gesamte Strahlungsfläche erstreckendes katalytisches Verbrennungselement und eine sich über den Bereich der Rückseite des katalytischen Verbrennungselementes er-
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dass das katalytische Verbrennungselement (21) aus einem an sich bekannten mit Euelmetalloberflachen versehenen Metallgitter von gleichmässiger Dicke oder aus mindestens einem in an-ich bekannter Weise mit Edelmetall überzogenen hitzefesten Metalldrahtnetz besteht und auf seiner Rückseite durch ein wärmereflektierendes edelmetallfreies legiertes,
vorzugsweise Chrom und Nickel enthaltendes Metallsieb (23b) mit etwa gleich grossen oder kleineren Öffnungen als diejenigen des katalytischen Verbrennungselementes von der Gasverteilungsschicht (22) getrennt ist.
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Catalytic radiant heater
The invention relates to a catalytic radiant heater with one or more radiant units, each of which can be charged with fuel and combustion air on its rear side.
A known radiant heater of this type is equipped with a layer of fine quartz wool, in which the heating gas burns with the formation of high temperatures of 800-9000C. A second thin layer of quartz wool should prevent the flame from flashing back into the incoming combustible gas mixture. The quartz wool layer can be provided with a catalyst such as platinum or cobalt on its outside, where the combustion takes place, for the purpose of ignition when the radiator is started up.
Where gas-fired incandescent lamps are used, it has hitherto been necessary to arrange the workpiece to be heated at a relatively large distance from the burner in order to create good heat distribution and to avoid local overheating. In addition, furnaces, if they are equipped with gas-fired radiant heaters, are inevitably relatively large and heavy and consequently quite expensive to manufacture and set up.
Gas fired radiant heaters can be proportionally controlled so that they are capable of radiating any amount of thermal energy, high or low. To achieve this, one always stopped
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Another type of radiant heater has recently been developed which allows the radiant heating source to be markedly lower than that used e.g. B. are required for Glühradiatören. It is based on catalyzed oxidation of fuel gas on the side of a gas-permeable combustion element that emits radiant heat.
Temperatures of 200 to 4000C are usually obtained in such a catalytic combustion element, also known as a catalytic radiator, by controlling the fuel gas supply by means of a valve to a gas distributor which extends across the rear of the catalytic radiator and the admission of oxygen for the combustion permitted on the heating side of the catalytic radiator by diffusion from the space behind the catalytic converter surface.
In this context, for example, a heater has been proposed which has a gas heater which is arranged below the contact mass and consists of a uniformly porous body. It was found, however, that when the highest surface temperature of about 4000C is approached, complete oxidation of the fuel gas is not achieved, probably due to insufficient oxygen diffusion to the catalyst surface compared to the increased feed rate of the fuel gases. In addition, an electric igniter built into the catalytic combustion element is usually required to start combustion and reach the radiation temperature, and this complicates both the manufacture and use of such catalytic radiation bodies.
A modification of a catalytic radiant heater is a known flameless heater, in which a package of closely spaced nets serves as a catalyst for the combustion, the catalyst being acted upon directly by the fuel-air mixture.
In another known embodiment, a fabric made of asbestos threads impregnated with platinum or thorium is stretched over a frame, the frame and the fabric
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enclosed space is filled with a layer of asbestos fibers, which is again covered with a grid of metal wire. Such heating devices can only be operated up to temperatures of about 4000C because of the use of asbestos. But even in this case the asbestos fibers lose their strength when they are annealed, so that such heating devices are not shock-proof under the operating conditions and the heated layers tend to disintegrate.
The invention has therefore set itself the task of creating a radiant heater which is easy to manufacture and in which the source of radiant heat is a catalytic combustion element, from which radiant energy is released substantially uniformly over its entire surface on one side from the end face. The catalytic radiant heater should be highly resistant to mechanical and thermal shocks, and the catalytic combustion element or each of several catalytic combustion elements should work without a visible flame and the entire radiant heat output should be directed to a desired location or area without the use of conventional reflectors.
In this case, when the catalytic combustion element is in operation, heat backflow should be prevented and practically all of the heat given off by the element can thereby be used. Another object of the invention is to create a radiant heater in which a catalytic combustion element or several such elements are used as a radiant heat source, which can be fed evenly with a mixture of fuel and air and can be brought to ignition temperature without heating devices in or the catalytic elements need to be incorporated.
Yet another aim of the invention is to create a catalytic combustion element or a plurality of such elements as a radiant heat source, which ensures a complete oxidation of the fuel gas evenly in the entire area of the radiant surface of an element as well as relatively low
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is to provide a radiant heater in which a catalytic combustion element or a plurality of such elements is used as a radiant heat source in several separate zones through which the workpiece can travel to expose it to various heats.
The catalytic radiant heater according to the invention with one or more radiant units, each of which can be charged with fuel and combustion air on its rear side, and a gas-permeable catalytic combustion element that can be preheated to ignition temperature and extends over the entire radiant surface, and one which extends over the area of the rear of the catalytic combustion element has a gas-permeable refractory gas distribution layer is characterized by
that the catalytic combustion element consists of a metal grid of uniform thickness, known per se and provided with noble metal surfaces, or of at least one heat-resistant metal wire mesh coated with noble metal in a manner known per se and on its rear side by a heat-reflecting noble metal-free alloyed, preferably chromium and nickel-containing metal sieve with about the same large or smaller openings than those of the catalytic combustion element is separated from the gas distribution layer.
According to the invention, a particularly expedient embodiment consists in the fact that the catalytic combustion element consists of at least two closely spaced nets made of alloyed metal, preferably an alloy consisting of chromium and nickel or chromium, nickel and iron, with a coating of at least one of the metals platinum and Palladium consists.
In a preferred embodiment of the radiant heater according to the invention, each individual radiant unit has a net or grid, a wool-like gas distribution layer and a catalytic combustion element of the same size, rectangular shape, which by edge strips in a close to the edges of the net or grid, the layer and the combustion element attached rectangular frame is held, and a wall which is formed from a plurality of these radiation units by lining up the frames and presents the required total radiation area;
this wall forms part of a housing which has an inlet for fuel and air and, together with this wall, forms a single closed gas distribution space on the network or grid side of all radiation units of this wall, which ensures the simultaneous distribution of the fuel-air mixture to all radiation elements of this wall. In a preferred embodiment of the catalytic radiation heater according to the invention, several radiation units are also arranged within a heater housing which is equipped with a gas burner for the simultaneous preheating of the catalytic elements in these units to ignition temperature.
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Further features of the invention are apparent from the following description in conjunction with the drawings.
Fig. 1 is a section substantially along line 1-1 of Fig. 2 and shows an embodiment of a catalytic radiant heater according to the invention. FIG. 2 is a side view of the heater shown in FIG. 3 shows in section on a larger scale the structure of a preferred radiation unit which can either be used as a wall or filler board or, in multiple repetitions, can be used to form a wall.
In the case of the catalytic radiant heater shown in FIG. 1, two radiant walls or radiant heater units 11 and 12 are positioned vertically opposite one another, as is known per se, and are mounted on a substructure 10 so as to be slidable towards one another.
The radiation heater unit 11 can have a rectangular hollow housing 13 with an outer wall
14, a top wall 15, a channel-shaped bottom wall 16 and an inner wall which is formed from a radiator 17. The special structure of this radiator is described below.
As can be seen from FIG. 3, the inner wall 17 can consist of a rectangular frame 18 with inwardly directed edge flanges 19 and 20. A catalytic combustion element 21, which is permeable to air and fuel gas, rests on the flange 19. The structure of this element 21 can correspond to the information in US Pat. No. 2,658,742. In any case, the catalytic combustion element 21 is a metal element which has noble metal surfaces and is permeable to both the air and the fuel gas. This element can comprise one or more screens or metal gauzes made of an alloy of high thermal resistance, coated with palladium, platinum or any other noble metal such as osmium, rhodium and iridium, or with a mixture of several noble metals, preferably platinum and palladium.
On the back of the element 21, first of all the reflection layer 23b described in more detail below and then a gas distribution layer 22, which consists of mineral or ceramic wool or of metal wool and can have a uniform density. However, it preferably consists of two layers 22a and 22b of different densities. To keep the layer 22 stationary, a mesh or grid, e.g. B. the screen 23 is provided, which covers its back. The screen 23 rests on the flange 20 of the frame 18. The layer 22 is gas permeable, refractory and considerably thicker than the catalytic element 21. In general, the pressure drop in it is greater than that in the screen 21 serving as the catalytic combustion element.
The catalytically active heat radiation surface is preferably formed from at least two closely spaced alloy screens or grid parts 21a which are coated with a noble metal and have relatively fine meshes, e.g. B. have openings in the range of 0.4 to 0.85 mm. The metal or the alloy of the base material and the noble metal coating can be carried out in accordance with the above information and the statements of US Pat. No. 2, 658, 742, which has already been mentioned. The catalytic surface is covered to the outside with a protective screen 52, which is relatively stiff and able to prevent damage or deformation from the catalytic screens without significantly hindering the radiation of heat.
The protective grille 52 can be made of a heat-resistant alloy
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times 6 mm to 15 mm X 15 mm, but other mesh sizes can easily be used for this purpose.
Between the catalytic sieve 21 or the catalytic sieves 21a on the one hand and the gas distribution layer 22 or 22a and 22b on the other hand, there is a mesh network 23b made of alloyed wire, which is particularly effective in reflecting the radiant heat from the catalytic parts outward away from the gas distribution layer 22 or 22a and 22b is used. This mesh network or this sieve layer 23b is also advantageous in that it promotes the uniform distribution of the air-fuel mixture on the catalyst layer.
The sieve layer 23b is made of a heat-resistant alloy without precious metals and can consist of a wire of small diameter with fine meshes of the same general size and mesh size as are provided for the catalytically activated sieves 21a, although of course also somewhat smaller or slightly larger dimensions than for the latter can be used.
The layer 22b adjacent to the mesh 3b is generally more tightly packed or compressed than the outer layer 22a to prevent radiation flashback and thus to reduce the risk of ignition and explosion in the gas supply line. The concentration
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Layers 22a and the pressure drop across the catalytic radiation surface for a given fuel supply to a maximum
Lead radiant heat emission. The sieve 23 consists of a relatively stiff wire and has a larger mesh size, since it is only used to hold the wool-like layers 22? and 22b is used opposite the outer reflective and catalytic screens.
It can be similar to the outer screen 52 with regard to its wire size and mesh size, but does not need to be any specific one
To be limited in size or a certain distance. Possibly the thickness of the layer
22b greater than the thickness of the catalytic combustion element (sieve or grid 21 or sieves
21a) and less than the thickness of layer 22a. In addition, the pressure drop in the layer
22b will usually be greater than the pressure drop across the catalytic combustion element.
A downwardly and outwardly sloping partition wall 24 extends from the top wall 15 of the
Housing 13 down to a lower edge 25, the inside at a distance from the outer wall 14 of the
Housing 13 and above the bottom wall 16 of this housing. The partition 24 serves to subdivide the housing 13 into an inner compartment 26, which is in free connection with the catalytic combustion element 21 through the sieve 23 and the layer 22, and an outer compartment
Division 27. FIG. 1 shows that the outer division 27 is connected to the inner division 26 only around the lower edge 25 of the partition 24.
An arbitrarily constructed preheating burner 28, which extends essentially over the entire length of the housing 13, is in the lower part of this housing near the bottom wall 10 and in the path of the air flow from compartment 27 around the lower edge 25 of the partition 24 into the compartment 26 arranged. An elongated perforated tube 29 is arranged on the ceiling of compartment 27 and runs practically the entire length of housing 15. It is used to supply a suitable mixture of fuel and air to compartment 27.
As already noted, the radiant heating unit 11 can be slidably mounted on the substructure 10. The blocks 30 are attached to the housing 13 and are provided with flanges 31 which are slidably received in T-slots 32 in the upper side of the substructure 10.
In a similar way, the radiant heater 12 can consist of a rectangular housing 33 with an outer wall 34, a top wall 35, a channel-shaped bottom wall 36 and an inner wall 37. The inner wall 37 has the same structure as the inner wall 17 of the heater 11.
A downwardly and outwardly inclined partition wall 38 is provided in the housing 33. This partition wall 38 extends downward from the top wall 35 to a lower edge 39 which is at a distance from the outer wall 34 and the bottom wall 36 of the housing 33. The partition 38 serves to create an inner compartment 40 and an outer compartment 41, which are connected to one another around the lower edge 39 of the partition 38. The compartment 40 is again in communication with the catalytic combustion element of the inner wall 37 through the screen and the layer of wool-like material.
A preheating burner 42 is provided in the lower section of the compartment 40, and a feed pipe 43, which is provided with gas passage openings, for the combustible gas mixture is arranged in the compartment 41 near the top wall 35. The radiant heating unit 12 is also equipped with supports 30 for slidable mounting in the slots 32 of the substructure 10.
With the help of lower and upper adjustable radiation protection shields. 44, 45 and 46, 47, a chamber 48 for heating an object 49 is formed from the radiant heater units 11 and 12, which by means of a suspension device 50, a hook or the like. The or the from above through one of the inner edges of the signs 46 and 47 limited gap 51 protrudes into which chamber 48 can be suspended. If necessary, the hook 50 can be conveyed through the chamber together with the object 49 by a conveyor belt.
When operating the embodiment of the invention explained by the drawings, it is assumed that an object 49 to be treated lies in the chamber 48 and the radiant heating units 11 and 12 are set on the base 10 so that the desired distance between the inner walls 17 and 37 and the article 49 to be treated warm. Air is introduced into compartments 27 and 41 through tubes 29 and 43. The preheat burners 28 and 42 are ignited and adjusted to a correct heat emission for heating the catalytic combustion elements 21 in the inner walls 17 and 37 to ignition temperature.
After the catalytic elements 21 have reached ignition temperature, the preheating flames are extinguished; a fuel-air mixture is then fed to compartments 27 and 41 through pipes 29 and 43, and introduced around lower edges 25 and 39 of partition walls 24 and 38 into compartments 26 and 40, from where the mixture is fed through sieves 23 and the layers 22 to the catalytic ones
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Elements 21 flows where it burns without the appearance of a flame. The entire heat radiation occurs into the chamber 48 and can be used for heating the object 49.
Instead of arranging the preheating burners in the manner indicated on the back of the heating walls 17 and 37, they can also be arranged within the heating chamber 48 in such a way that they act on the end faces of the catalytic elements of the heating walls 17 and 37.
If the device is operated in such a way that the catalytic elements 21 are constantly kept above the ignition temperature by the catalytic effect, the preheating burners can remain switched off during operation. Depending on the working conditions, however, it is advisable in some cases to keep these burners in operation with sufficient heat emission in order to ensure that the catalytic elements 21 are kept at or above the ignition temperature. In this case the preheating burners must be provided inside the heating chamber.
The heat output of the catalytic elements 21 is uniform over their entire surface.
The efficiency of the device according to the invention is relatively high and the heat radiated on the object 49 can be controlled within relatively narrow limits. It is of course assumed that there is a possibility of regulating the preheating burners 28 and 42 and the supply of fuel and air to the pipes 29 and 43.
Although the various heating units having catalytic combustion elements have been described as generally rectangular and flat, it will be understood that these units can be made in other shapes and e.g. B. can be curved or designed in various shapes to match the shape of the material to be treated warm or the objects to be treated. Wire or rod material can be drawn continuously through a radiation unit instead of the material being carried by a conveyor. For the sake of simplicity, only the heat treatment of piece goods has been discussed in the description. However, it is obvious that the radiant heater according to the invention can also be used for cooking purposes and for heating rooms.
PATENT CLAIMS:
1. Catalytic radiant heater with one or more radiant units, each of which can be charged with fuel and combustion air on its rear side, and a gas-permeable catalytic combustion element that can be preheated to ignition temperature and extends over the entire radiant surface, and one that extends over the area of the rear of the catalytic combustion element -
EMI5.1
that the catalytic combustion element (21) consists of a known metal grid provided with Euelmetalloberflachen of uniform thickness or of at least one heat-resistant metal wire mesh coated in a known manner with noble metal and on its back by a heat-reflecting noble metal-free alloy,
preferably chromium and nickel-containing metal screen (23b) with approximately the same size or smaller openings than those of the catalytic combustion element is separated from the gas distribution layer (22).