<Desc/Clms Page number 1>
METAALVEZELMEMBRAAN GASVERBRANDING De vinding betreft een poreus metaalvezelmembraan voor gasverbranding.
Uit het Europees octrooi 0157 432 is bekend gesinterde metaalvezelvliezen aan te wenden als membraan voor oppervlaktestralings-branders 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 een aanzienlijk oppervlak bezitten en in een vaste randarmatuur gevat zijn kan deze cyclische verandering van afmetingen zich niet altijd ongehinderd doorzetten. Men moet immers bedenken dat de uitzettingsgraad van deze platen tussen 200e en 10000C gemiddeld 15 x 10-6/*C bedraagt. Konkreet betekent dit b. v. dat een plaat van 1 m lang bij een opwarming tot 1000 C in deze lengterichting reeds 15 mm uitzet. De vaste randarmatuur zal echter maar opwarmen tot hooguit 3000e daar deze armatuur niet opgloeit tijdens de gasverbranding zoals het membraan.
Er is dus nagenoeg 10 mm plaatuitzetting die zich zal moeten ontwikkelen door opwelving van de plaat i. p. v. laterale uitzetting in haar vlak. Dit brengt het risico met zich dat deze opwelving zich zal realiseren via plaatselijk onkontroleerbare vervormingen (kreuken of nepen). 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.
<Desc/Clms Page number 2>
De vinding heeft nu tot doel deze onkontroleerbare vervormingsneiging te vermijden.
Dit doel wordt bereikt door een metaalvezelmembraan te verschaffen voor gasverbranding omvattende een gesinterd metaalvezelvlies voorzien van een regelmatig patroon van een aantal opeenvolgende poreuze zones met tussenliggende verdichte of afgedichte gebieden in de vorm van een regelmatig lijnenraster waarbij de grootste dwarsafstand D tussen elke twee tegenover elkaar liggende lijnen van het raster ligt tussen 100 en 300 mm terwijl de breedte B van elk verdicht gebied ligt tussen 5 en 20 mm.
Wanneer de afstand D kleiner is dan 100 mm blijft de uitzetting lager dan ongeveer 1 mm. Dit is toelaatbaar. Wanneer de afstand D groter wordt dan 300 mm dan riskeert men dat in de opeenvolgende poreuze zones toch ongewenste plaatselijke vervormingen optreden omdat dan de op te vangen uitzetting reeds nagenoeg 3 mm bedraagt.
De breedte B moet minimaal 5 mm bedragen teneinde een voldoende stijfheid te bereiken in de tussenliggende verdichte gebieden.
Bij het overschrijden van een breedte B van 20 mm verliest men evenwel een te groot deel van het effectief oppervlak van het membraan.
De poreuze zones kunnen een vierkante vorm bezitten of de vorm van een regelmatige zeshoek of gelijkzijdige driehoek. Het begrenzende lijnenraster van verdichte zones tussen de opeenvolgende poreuze zones kan gerealiseerd worden door de poriën van het metaalvezelskelet van het membraan in deze lijnen (of stroken) voor tenminste een deel, bijv. over tenminste de helft van de membraandikte op te vullen met hittebestendig, b. v. keramisch materiaal zodat het membraan aldaar afgedicht is. Dit betekent dat ter plaatse van het lijnenraster het membraan ondoordringbaar moet worden voor de dwars doorheen het membraan
<Desc/Clms Page number 3>
te sturen gasstroom. De termen"verdicht"of"afgedicht"zijn dus steeds te verstaan als behandeld zodat ondoordringbaarheid bewerkstelligd wordt voor een gasstroom.
De verdichte zones kunnen ook gerealiseerd worden door het metaalvezelskelet van het membraan plaatselijk gevat of samengedrukt te houden tussen evenwijdig verlopende metalen profielen. Deze profielen kunnen met het membraan door een uit te harden keramische lijm, door lassen of met bout/moer bevestigingen verbonden worden.
Overigens kunnen de poreuze zones voorzien zijn van niet cilindrisch gebogen deelzones met tegenover elkaar liggende concave en convexe oppervlakken zoals beschreven in de Belgische octrooiaanvrage Nr. 09301056 van aanvragers. Ook kan in de poreuze zones een regelmatig patroon van doorgangen aangebracht zijn die samen 5 % tot 35 % van het poreuze membraanoppervlak beslaan, terwijl elke doorgang een oppervlak bezit tussen 0, 03 mm2 en 10 mm2 zoals bekend uit WO 93/18342 van aanvragers.
De uitvinding betreft tenslotte ook een gasverbrandingsinrichting omvattende een huis met toevoermiddelen voor het te verbranden gasmengsel, eventueel een verdeelorgaan en een membraan zoals hiervoor omschreven.
Een en ander zal thans toegelicht worden aan de hand van een aantal uitvoeringsvormen onder verwijzing naar bijgaande figuren.
Figuur 1 toont in perspectief een vlak metaalvezelmembraan volgens de vinding.
Figuur 2 toont een doorsnede van een gasverbrandingsinrichting met een doorsnede van het membraan volgens I - I in figuur 1.
Het plaatvormig metaalvezelmembraan 1 getoond in figuur 1 omvat in wezen een poreus gesinterd metaalvezelvlies met een dikte tussen 0, 8 mm en 4 mm. Plaatdikten van 1 mm, 2 mm of 3 mm zijn
<Desc/Clms Page number 4>
goed geschikt. De opeenvolgende poreuze zones 2 bezitten daarbij een porositeit tussen 60 % en 95 %, en bij voorkeur tussen 78 % en 88 %. De metaalvezels zijn uiteraard bestand tegen hoge temperaturen (over 1000 C) en tegen thermische schokken. Daartoe bevatten ze b. v. op zichzelf gekende minimum hoeveelheden aluminium en chroom. In het bijzonder zijn de FeCrAlY-vezels beschreven in het Europees octrooi 0157 432 goed geschikt.
De equivalente vezeldiameter ligt tussen 8 Am en 150 Um, bij voorkeur tussen 15 Am en 50 Mm. De vezels kunnen vervaardigd zijn door een methode van gebundeld trekken zoals b. v. beschreven in U. S. octrooi 3. 379. 000 of door een schaafmethode zoals bekend uit U. S. octrooi 4. 930. 199. Het verwerken van de vezels tot vlies respectievelijk tot gesinterd vlies kan verlopen zoals beschreven in U. S. octrooien 3. 469. 297, resp. 3. 505. 038.
Wanneer het lijnenraster 3 tussen de poreuze zones 2 uitgevoerd is als een keramische opvulling 4 van het metaalvezelskelet van het membraan zal de hoeveelheid van dat materiaal (dikte en breedte B van de strook 4) en de afstand D mede de versteviging en weerstand tegen doorbuiging verhogen. Desgewenst kan het keramisch materiaal 4 afgedekt worden door b. v. op te kleven stroken keramisch papier 15, hetzij aan de gastoevoerzijde (zoals getoond in figuur 2) of aan beide zijden van het membraan l.
Voor de verdichte lijnzones 3 kunnen ook evenwijdige metaalprofielen 5 en 6 gebruikt worden waartussen het membraan 1 gevat zit. De profielen kunnen doorheen het metaalvezelskelet op elkaar door puntlassen bevestigd worden. De bevestiging kan ook gebeuren onder tussenvoegen van een keramische lijm 4. De profielen 4 aan de gastoevoerzijde kunnen voorzien zijn van opstaande randen 14 die dan fungeren als koelvinnen ; ze verhogen overigens de buigsterkte van het profiel. Het metaal-
EMI4.1
profiel 6 kan een lat zijn uit AISI 430 staal en het U-profiel 5 uit Ter hoogte van de kruisingspunten 7 van de profielen kan het lijnenraster desgewenst onderbroken zijn.
<Desc/Clms Page number 5>
Ter versteviging van relatief dunne vezelmembranen 1 kan een laag strekmetaal 17 aan de gastoevoerzijde het membraan 1 ondersteunen.
Deze laag heeft b. v. een dikte van ten hoogste 1 mm en opeenvolgende ruitvormige maasopeningen met asafmetingen van 2 mm en 4 mm en met 10 mazen per 6 cm in de asrichting van
EMI5.1
de grote (= mm) assen. Deze laag 17 wordt dan mede afgedicht ter hoogte van het lijnenraster 3. Vanzelfsprekend kunnen andere op zieh bekende gasdoorlatende verstevigingslagen 17 toegepast worden.
Teneinde de laterale uitzetting van de poreuze zones 2 niet te hinderen en te voorkomen dat ze onregelmatig opwelven kan overeenkomstig de leer van de Belgische octrooiaanvrage 09301056 van aanvragers een voorvervorming ingedrukt worden met de vorm van een bolschil 8 met schildiameter S en met een kromtestraal R waarbij S < R/2. De pijlhoogte van de bolschil zal ten hoogste 15 mm bedragen. Indien een verstevigingslaag 17 bevestigd is zal ze bij voorkeur de bolschil-voorvervorming mee ondergaan met het membraan.
Overeenkomstig de leer van de octrooiaanvrage WO 93/18342 kan het membraan in de poreuze zones 2 in vlakke vorm of in bolschilvorm voorzien zijn van een regelmatig patroon van doorgangen 9 ten behoeve van een homogene stralende verbranding of voor de eventuele realisatie van een blauwe vlamregime. De doorgangen 9 kunnen b. v. cirkelvormig zijn of rechthoekig. Voor cirkelvormige openingen zal de doorgangsoppervlakte per opening meestal lager gekozen worden dan 3 mm2 en bij voorkeur tussen 0, 4 en 1, 5 mm2 resp. tussen 0, 5 en 0, 8 mm2. De opeenvolgende cirkelvormige doorgangen zijn bij voorkeur geplaatst op de hoekpunten van tegen elkaar aansluitende gelijkzijdige driehoeken.
De lengte van de driehoekszijden is dan zo gekozen dat de totale vrije doorgang in de poreuze zones 5 tot 25 % bedraagt van hun oppervlak en bij voorkeur 8 tot 16 %, b. v. 10, 12 of 15 X.
<Desc/Clms Page number 6>
De gasverbrandingsinrichting volgens de vinding omvat een huis 11 met toevoerleiding 12 voor het te verbranden gasmengsel. Stroomopwaarts van het membraan 1 kan een verdeelorgaan 13 voorzien zijn, b. v. een geperforeerde plaat. Desgewenst zal aan de gastoevoerzijde van de poreuze zones 2 een drukveerbelasting 10 gemonteerd zijn. Deze veer 10 kan zodoende een geleide uitzettingsbeweging opdringen loodrecht op het membraanvlak. De veren 10 kunnen geplaatst worden tussen verdeelorgaan 10 en membraan l. De hoogte van de openstaande veer benadert dan de pijlhoogte van de opwelving van het membraan.
Voorbeeld Een rechthoekig metaalvezelmembraan van 90 cm bij 30 cm werd als volgt samengesteld. Het poreuze membraan l was opgebouwd uit een gesinterd vlies FeCralloy-vezels (met tenminste 0. 1 % Y en verkregen door gebundeld trekken). De equivalente vezeldiameter bedroeg 22 m. De porositeit van het membraan bedroeg 80 % en zijn dikte 2 mm. Het werd voorzien van een patroon van doorgangen 9 zoals beschreven in WO 93/18342. De ronde doorgangen hadden een diameter van 0. 8 mm. De steekafstand tussen de gaatjes bedroeg 2 mm waardoor een vrij doorgangsoppervlak bereikt werd van nagenoeg 15 %.
Het membraan werd onderverdeeld in 12 vierkante poreuze zones 2 van 14 x 14 cm. In elke zone werd een bolschilvormige voorvervorming 8 ingedrukt met een pijlhoogte van 5 mm en een schildiameter S van 12 cm. Aan de gastoevoerzijde werd in het midden van het membraan 1 een over de hele lengte doorlopende stalen lat 5 aangebracht (12 mm x 3 mm) en met behulp van een keramische lijm (Aremco) 4 bevestigd aan het membraan l. Dwars op deze langsverlopende lat werden om de 14 cm (= D) dwarsverlopende latsegmenten (12 mm x 3 mm) evenwijdig aangebracht en met Aremco-lijm bevestigd ter begrenzing van de vierkante poreuze zones.
Dit aldus met verdichte zones 3 verstevigd membraan werd ingezet in een brander met naar beneden gerichte straling (gastoe-
<Desc/Clms Page number 7>
voer van boven naar onder). Het membraan 1 werd geschikt ingeklemd aan de onderkant van een horizontaal metalen raam 11 als huis van de inrichting en waarbij de gastoevoer aansloot op de bovenkant van het raam 11. Het raam zelf was opgebouwd uit een buisprofiel waardoorheen een koelmedium kon circuleren. Door deze opbouw wordt vermeden dat het membraan onregelmatig gaat vervormen, zelfs na langdurig gebruik en bij een cyclisch verlopend brandregime met variërende vermogens.
In het algemeen zal men vermijden dat een reeks onderling evenwijdig verlopende verdichte lijnzones 3 ook evenwijdig verlopen aan de doorlooprichting van het te verhitten materiaal dat zich voorbij de brander verplaatst. Indien men immers deze lijnzones 3 en de doorlooprichting onderling evenwijdig houdt ontstaat het risico dat op regelmatige intervallen aan smalle langsstroken in het te verhitten materiaal (gericht volgens de doorlooporiëntatie) minder warmte overgedragen wordt, met name in deze smalle langsstroken die dan vlak tegenover de verdichte lijnzones 3 zouden lopen van het membraan.