<Desc/Clms Page number 1>
POREUZE METAALVEZELPLAAT De vinding betreft een poreuze metaalvezelplaat. Dergelijke platen, waarin de vezels aan elkaar gesinterd zijn, worden gebruikt o. a. als filtermedia.
Uit het Europees octrooi 0157 432 is overigens bekend deze gesinterde vezelvliezen aan te wenden als membraan voor oppervlaktestralingsbranders voor gasmengsels voor zover staalvezels gebruikt worden die Cr en Al bevatten zodat ze bestand zijn tegen hoge temperaturen.
Overigens is uit WO 93/18342 een poreuze metaalvezelplaat bekend die voorzien is van een regelmatig patroon van doorgangen die samen 5 % tot 35 % van het totale plaatoppervlak beslaan. Deze uitvoering waarborgt o. a. een gelijkmatiger dwarse gasdoorstroming over het plaatoppervlak.
Bij het gebruik moeten deze platen in alle richtingen kunnen uitzetten en weer inkrimpen overeenkomstig de gebruikscycli van verhitten en afkoelen van de branderplaten. Wanneer evenwel de platen in een vaste randarmatuur gevat zijn kan deze cyclische verandering van afmetingen zich niet altijd ongehinderd doorzetten, b. v. wanneer de uitzettingscoëfficiënten van het materiaal van het raam en dat van de poreuze plaat belangrijk verschillen. Dit heeft voor gevolg dat plaatselijk onkontroleerbare vervormingen (kreuken of nepen) gaan optreden. Hierbij verliest de plaat dan aldaar haar oorspronkelijke vlakke vorm.
Tegelijk loopt men het risico dat de vezellagen in de plaat plaatselijk transversaal van elkaar loskomen waardoor de porositeit ontoelaatbaar wijzigt.
De vinding heeft nu tot doel deze onkontroleerbare vervorming- neiging te vermijden.
Dit doel wordt bereikt door in de metaalvezelplaat - b. v. bestemd voor een vlakke brander - een reliëf in te brengen door
<Desc/Clms Page number 2>
ze volgens een voorafbepaald patroon voor te vervormen. Deze reliëfzones zijn in wezen niet cylindrisch gebogen zones met beperkte kromming."Niet cylindrisch gebogen"betekent praktisch bolschilvormig of eischaalvormig gebogen, m. a. w. waarbij het gebogen oppervlak geen omwentelingsoppervlak is. De uitvinding verschaft dus een poreuze metaalvezelplaat waarbij ze voorzien is van tenminste een niet-cilindrisch gebogen zone met tegenover elkaar liggende concave en convexe oppervlakken.
De niet cylindrisch gebogen zones zullen bij voorkeur de vorm hebben van een bolschil waarbij de schildiameter s ten hoogste de helft bedraagt van de kromtestraal r van de bol. De pijlhoogte a van de bolschil zal ten hoogste 15 mm bedragen teneinde b. v. het optreden van plaatselijke turbulentie in de gasdoorstroming tegen te gaan.
Indien het oppervlak van de vezel- of branderplaat aanzienlijk is zal ze een regelmatige reeks van dergelijke naast elkaar gerangschikte gebogen zones omvatten met geschikte overgangszones tussenin.
De voorvervormde vezelplaat volgens de vinding kan al dan niet voorzien zijn van plaatselijke doorgangen overeenkomstig de hiervoor aangehaalde uitvoeringen volgens de stand van techniek. Meer bepaald kan de vezelplaat een regelmatig patroon van doorgangen omvatten met een totale vrije doorlaatoppervlakte van 5 to 35 % van het plaatoppervlak terwijl elke doorboring een dwarsoppervlakte bezit (loodrecht op de gasstroomrichting) tussen 0, 03 en 10 mm2. De vezelplaat heeft doorgaans een dikte tussen 0, 8 en 4 mm, en de porositeit van het gesinterd vezelvlies ligt tussen 60 % en 95 %. Plaatdikten van 1 mm, 2 mm of 3 mm zijn geschikt.
Uiteraard moeten de vezels bestand zijn tegen hoge temperaturen. Hun equivalente diameter ligt tussen 8 Mm en 150 Mm.
<Desc/Clms Page number 3>
De vinding betreft tevens de toepassing van genoemde voorvervormde vezelplaten als membranen voor gasverbranding.
Meer bepaald slaat de vinding derhalve ook op een gasbrander omvattende een behuizing voorzien van toevoermiddelen voor het te verbranden gas (of gasmengsel-b. v. aardgas/lucht), een verdeelelement voor het gas en een poreuze voorvervormde vezelplaat als membraan zoals hiervoor omschreven en hierna nog nader toe te lichten.
Een en ander zal thans aan de hand van een aantal uitvoering- vormen nader toegelicht worden. Bijkomende oplossingen voor specifieke of deelproblemen volgens de vinding en hun kenmerken alsook de daaraan verbonden voordelen zullen daarbij verduide- 1 ijkt worden.
Figuur 1 stelt een doorsnede voor van een voorvervormde poreuze metaalvezelplaat volgens de vinding waarbij de rech- terhelft een plaat weergeeft die voorzien is van een regelmatig patroon van doorgangen.
Figuur 2 toont een gasbrander van het zgn. vlakke-brander type met toe-en doorvoermiddelen voor het gas doorheen de plaat.
De poreuze metaalvezelplaat 1 geschetst in figuur 1 toont in haar linkerhelft een poreuze metaalvezelplaat 1 zonder dwarse doorgangen en bedoeld als stralingsbrandermembraan overeenkomstig de bekende uitvoeringsvormen beschreven in EP 157. 432 en EP 390. 255. Het wezenlijke verschil met deze bekende uitvoe- ringsvormen betreft de aanwezigheid van niet cylindrisch gebogen voorvervormde zones 3 met tegenover elkaar liggende convexe oppervlakken 5 en concave oppervlakken 4.
Zoals geschetst in perspectief in figuur 2 kunnen deze zones 3 de vorm hebben van een bolschil met kromtestraal r en diameter s. De driedimensionele voorvervorming kan desgewenst een ellips of ovaal als basis hebben i. p. v. een cirkel met diameter s. De
<Desc/Clms Page number 4>
pijlhoogte a van de schil zal bij voorkeur beneden 10 mm blijven.
De porositeit van de plaat ligt steeds tussen 60 % en 95 %, maar bij voorkeur tussen 78 % en 88 %. Porositeiten van 80, 5 %, 83 % en 85, 5 % zijn zeer gebruikelijk.
De metaalvezels die ingezet kunnen worden voor vervaardiging van de poreuze platen en de vervaardiging van de platen zelf, in het bijzonder deze die bestand zijn tegen zeer hoge temperaturen, zijn beschreven in dezelfde Europese aanvrage 0390. 255. In het algemeen zijn roestvaste staalvezels geschikt. Voor de hoge temperatuurstoepassingen, zoals in gasbranders zijn staalvezels te gebruiken die Cr en Al bevatten.
In de rechterhelft van figuur 1 is een poreuze metaalvezelplaatsectie 1 weergegeven die op onderling regelmatige afstanden p doorgangen 2 bezit. Deze doorgangen zijn b. v. cilindrisch van vorm en in het bijzonder cirkelcilindrisch. De oppervlakte van elke doorgang 2 is bij voorkeur dezelfde en ligt tussen
EMI4.1
0, en 10 mm2, liefst tussen 0, en 1, resp. tussen 0, en 0, 8 mm2. Deze afmetingen zijn te kiezen o. a. in functie van de dikte van de plaat 1, haar porositeit en de geplande toepassing. Wanneer de doorgang 2 dus een cirkeldoorsnede heeft zal de doormeter van elk cirkeltje 0, 8 mm zijn voor een oppervlakte van ongeveer 0,5 mm2. De doorgangen 2 worden bij voorkeur aangebracht door een stansbewerking daar dit een gave cilinderwand verzekert.
Er kunnen desgewenst ook doorgangsopeningen gestanst worden met driehoekige, vierkante, rechthoekige of andere vormen, zoals getoond in figuren 4 tot 7 van en beschreven in WO 93/18342. Ronde en rechthoekige openingen kunnen afwisselen over het oppervlak. De doorgangen kunnen eventueel aangebracht worden met laserstralen. In principe zijn dus, o. a. voor dunne platen zeer kleine doorgangen mogelijk met een diameter van tenminste 0, 2 mm. Rechthoekige spleetopeningen hebben b. v. een breedte tussen 0. 3 mm en 2 mm en een lengte tussen 3 mm en 20 mm.
<Desc/Clms Page number 5>
De steekafstand p tussen opeenvolgende doorgangen 2 kan zo gekozen worden dat hun totale oppervlakte 5 % tot 35 % van het plaatoppervlak beslaat en bij voorkeur 6 tot 25 %, resp. 8 % tot 16 %.
Waarden van 10 %, 12 % en 15 % zijn goed geschikt. Teneinde een gelijkmatige doorstroming over het oppervlak te verzekeren zijn de opeenvolgende doorgangen bij voorkeur gerangschikt in een patroon van aaneensluitende gelijkzijdige driehoeken waarbij elke doorgang 2 een hoekpunt bezet van de driehoek.
Bij het voorvervormen van een vezelplaat zonder doorgangen of met spleetvormige doorgangen zal de diameter s doorgaans gevoelig lager moeten gekozen worden dan voor een vezelplaat met cirkelvormige doorgangen. Ook zal s moeten afnemen naarmate dunnere vezelplaten ingezet worden. Teneinde de plaatselijke vorming van nepen of scheuren te voorkomen tijdens het voorvervormen in een matrijs b. v. ter hoogte van de overgangszones 6, zal s meestal niet hoger gekozen worden dan 15 cm.
Het is ook mogelijk branderplaatjes te vormen in de vorm van een ronde schijf met een bolschilvormige uitstulping en een ringvormige vlakke rand als overgangszone. Deze rand is dan gevat in de cilindrische wand 10 van het branderhuis.
Figuur 2 geeft een gasverbrandingsinrichting weer omvattende een behuizing 7 met toevoermiddelen 8 en verdeelmiddelen 9 voor het gas. De poreuze branderplaat 1 omvat een reeks niet cylindrisch voorvervormde zones 3 met de daartussen liggende overgangszones 6. Deze plaat 1 is met haar rand gevat in de wand 10 van de behuizing. Deze vatting 10 kan uit keramisch materiaal bestaan die het voordeel biedt van een isolerend gedrag en bijgevolg ook lage thermische uitzetting in bedrijf.
VOORBEELD
Een vlakke gesinterde poreuze metaalvezelplaat met onderstaande karakteristieken werd volgens een verder beschreven methode voorvervormd.
<Desc/Clms Page number 6>
De ingezette staalvezels zijn bestand tegen hoge temperaturen en omvatten hiertoe in gewichtsprocent bijv. 15 tot 22 % Cr,
EMI6.1
4 tot 5. % Al, 0. tot 0. % Y, 0. tot 0. % Si en ten hoogste 0. 03 % C. Ze hebben een doormeter tussen 8 en 35 firn, bijv. ongeveer 22 firn. De vezels kunnen verkregen worden door een techniek van gebundeld trekken zoals bijv. bekend uit U. S. octrooi Nr. 3. 379. 000 en vermeld in U. S. octrooi Nr. 4. 094. 673.
Ze worden verwerkt tot een niet geweven vezelvlies volgens een methode beschreven in, of analoog aan deze bekend uit de U. S.octrooien 3. 469. 297 of 3. 127. 668. Deze vliezen worden achteraf geconsolideerd door persen en sinteren tot een poreuze plaat 1
EMI6.2
met een dikte van b. 2 mm en met een porositeit tussen 78 % en 88 %, b. 81 %. Het is ook mogelijk dikkere metaalvezels in te zetten met b. equivalente diameters tussen 35 en 150 firn en bestaande uit staalwol of verkregen volgens de werkwijze beschreven in U. S. octrooi 4. 930. 199.
In deze poreuze plaat worden vervolgens cilindrische doorgangen 2 gestanst zoals beschreven in WO 93/18342 met een diameter van 0, 8 mm. Bij een steekafstand van 2 mm tussen elke twee naburige doorgangen verkrijgt men zodoende een vrij oppervlak van nagenoeg 15 %.
De vlakke plaat wordt nu in een matrijs geplaatst tussen een vrouwelijk deel omvattende een reeks concave of holle bolvormen en een inpassend mannelijk deel met convexe bolvormen voor het indrukken van een reliëfpatroon omvattende een reeks opwelvende bolschilsegmenten 3 met tussenliggende overgangszones 6. De schildiameter s bedroeg 12 cm terwijl de pijlhoogte a 7 mm bedroeg en de kromtestraal r = 26 cm.
Bij het gebruik van deze opstelling in een cyclisch gestuurd verbrandingsproces gaande opwarming over oppervlaktestralingsregimes tot hoge vermogens in het blauwe-vlam regime (tot 20 MW) en weer afkoelen merkte men een gelijkmatig opwelven resp. inzakken van de zones 3 als gevolg van verhitten, resp. afkoelen van het membraan. Het onkontroleerbaar optreden van
<Desc/Clms Page number 7>
kreuken, nepen, scheuren, barstjes of delaminatie werd hierbij vermeden.