Zitsatzpateitit zum Ilaupt.patent Nr. <B>275606.</B> Zündelement zum Zünden feinverteilter organischer Brennstoffe. Die #-orliegende Erfindung bezieht sieh auf ein Zündelement zur Durehführuno,
des Ver- n ralirens naeh Patentanspi-Lieh <B>1</B> des Haupt- beslebend ins einer sehraubenförmi- (Ten Spule aus dünnem Drillt, mit en, gewik- kelten Windungen, weleber Draht wenigstens ;
i ii der Oberfliielie <B>a</B> uts kitalytiseh aktivem -,Nle- tall bestellt, wobei die Enden der Spule mit Kontakten zur Einfügung in einen elektri- Stromkreis versehen sind.
Der Draht braneht dabei elektriseh jitir auf eine Tem peratur geheizt zu werden, die wesentlich Lin- ter der Entzfindungstemperatur des Brenn- stoll'es iind unter der Ptekristallisationstern- peratur des -Metalles liegt.
Diese Spiiie wird vorteilhaft so konstruiert, dass sie eineti heterophasisehen Katalvsator bildet, in #velebeio die Reaktion in einer er sten Pliase begliii;t und die Zündun- in einer zweiten Phase stattfindet.
1#in solebes elehlriseh geheiztes seltes Zündelenient kann Bestandteil einer autormitiseheii Zlindvorriehtung sein, welche 1**i-ilii",- ist, bei Berührung feinverteilte Brenn- stolTe in einen) fliessende.ii Brennstoff-Luft- Gemisch, in welchem der Brennstoff brenn bare StolTe enthält,
die schwierig zu entzün- deti siiid, züi entzünden.
Die vorliegende Erfindun- ist eine wieh- tige Verbesserung-, nämlich ein Zündelement, welehes Brennstoffgenliselle der versehieden- stell <B>.\r1 und</B> aueb die am schwierigsten ent- ziindlielwo Gase, wie sogar --Hethan,
zuverläs- si- zti eilizilnden Vernlio.
1. Das, Zündeleinent nach der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Achse der Spule in mehreren Biegungen wesentlich von der Geraden abweicht. Hier bei kommen in jeder Biegung die Drähte auf der Innenseite der Kurve enger zu einander, auf der Aussenseite der Kurve wei ter auseinander zu liegen. Das bedeutet eine -Abweel)s1.un.c, von Zonen, die per Raum einheit grössere und kleinere Heizkapazität haben. Die bevorzLi#,te Form besteht darin, n dass die Spule zu einer Doppelspule ge formt ist.
In ihr wird in mechanisch einfach ster und katalytisch wirksamster Form eine Orosse 3vIehrzahl dieht beieinander gelagerter primärer und sekundärer Zonen erreicht und ( <B>.</B> lamit in einem festen, aus Draht bestehenden Gebilde das im Hauptpatent beschriebene He- terophasenprinzip in besonders wirksamer Weise verwirklicht.
In der beiliegenden Zeichnung sind drei beispielsweise Ausführungsformen von Zünd- eleinenten gemäss der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt: P'ig. <B>1</B> ein Schema eines Zündsysteins, wel- elies das Zündelement enthält, Fig.'2 eine Seitenansicht in grösserem Mass stab eines Zündelementes nach der Erfindung in schematischer Darstellung, Fio-. <B>3</B> und 4. ähnliche Ansichten von zwei weiteren 21,-tisrührungsformen des Zündelemen- tes.
In Fig. <B>1</B> ist das Zündelement<B>1</B> nur sehe- matiseh innerhalb eines doppelten Flammen- i-üeksehlagsystenis dargestellt. Die zu entzün denden Brenner sind mit 2 und 2' bezeichnet. Ein gasförmiges Gemisch, welches aus den Flammenrüekschlagöffnungen <B>3</B> und<B>3'</B> strömt, tritt in die beiden Flammenriiekschlagrohre 4 und 4' ein und fliesst zur Zündvorrichtung<B>1,</B> wo es bei Berührung entzündet wird.
Die Flamme zieht sieh dann in der Art eines Rück- sehlages durch die Plammrohre 4 und 4' bis zu den Flammenöffnungen<B>3</B> und<B>3'</B> zurück und erzeugt dort ständig brennende Flammen, welche das Gas, das durch die Brenner 2 und 2' fliesst, entzünden. Während in dieser Fig. <B>1</B> eine Einheit mit zwei Brennern dargestellt ist, ist es klar, dass das gleiche Prinzip auch zur Zündung von andern Mehrfachbrenner-Ein- heiten oder eines einzelnen Brenners ange wandt werden kann.
Nach den Fig. 2,<B>3</B> und 4 besteht das Zünd- element selbst aus einem gewendelten Draht<B>5</B> aus katalytisehem Metall, z. B. aus Platin oder aus einem andern Metall der Platingruippe oder aus einer Legierung davon, welcher in eine sekundäre Form gebracht ist, die eine ge- ,vundene Struktur von verschiedener Form aufweist.
In Fig. 2 ist diese Struktur als Doppelweii- clel mit mehreren Windungen gezeigt und in Fig. <B>3</B> als eine Mehrzahl von V-Bogen, und in Fi-. 4 als eine Mehrzahl von einfachen Bogen, die mindestens ein S-Törmiges Stück bilden.
Die Doppelwendel , in welcher eine (,licht gewundene primäre Wendel von kleinem Durchmesser in die Form einer sekundären Wendel mit Windungen von grossem Durch- niesser im Verhältnis zum Durchmesser der Windungen der primären Wendel gewickelt wird, sowie andere solche Strukturen mit Windungen wie die dargestellten, sind der Art nach Heterophasenkatalysatoren, in welchen die Reaktion in einer ersten Phase beginnt -Lind dann mit Hilfe dieser ersten Phase bis zur Zünd-ung in einer zweiten Phase beschleunigt wird.
Der Draht des Zündelementes selbst hat zweckmässig einen sehr kleinen Durchmesser, vorzugsweise von ungefähr<B>0,025</B> mm bis un- gefähr <B>0,076</B> mm. Die primäre Wendel kann einen innern Durchmesser von -ungefähr <B>0,051</B> min bis ungefähr<B>0,38</B> mm haben sowie eine Windungsdielite von 12 bis<B>180</B> Windun gen pro Zentimeter. Die sekundäre Wende] kann einen innern Durchmesser von ungefähr <B>0,25</B> bis ungefähr<B>2,5</B> mm haben. Wenn zum Beispiel ein Draht von<B>0.,025</B> oder<B>0,05</B> mm Durchmesser verwendet wird., so kann die pri märe Wendel aus einer grossen Zahl von engen Windungen, z.
B. in der Grössenordnung von 54 Windungen<U>-pro</U> Zentimeter bestehen, wobei die Windungen einen innern Durchmesser von <B>0,076</B> mm haben, während die sekandäre Wen del mit mindestens zwei oder mehr Windun gen einen innern Durchmesser von -ungefähr <B>0,99</B> inni hat.
Das Zündelement ist mittels der Kontakte dazu geeignet, in einen Stromkreis eingeschaltet und durch Widerstandsheizung auf eine Temperatur geheizt züi werden, wel- ehe wesentlich unter der Entzündungstenipe- ratur des strömenden Breinistoff-Luft-Geini- sehes und unter der Rekristallisationstempera- tur des Metalles der Struktur liegt.
Eine so]- ehe Heizung kann mit einem äusserst kleinen Strom. von niedriger SpannLing und kleiner Stromst <B>'</B> ärke erreicht werden.
Bei Berührun,- mit dein. strömenden Brennstoff-Luft-Gemiseh beginnt sofort die Reaktion und wird beinahe a-Li(Yenbliel#lieh zur Zündun- beschleunigt,
wo bei die Temperatur des Zündelementes<U>steigt</U> und worauf das brennende Gas aus der Be- rührang mit dem Zündelemelit entfernt wirdl zum Beispiel durch ein Flaiiinienrüekselliag- s-#stem oder sonstwie. In der Zeiehnung ist die elektrische Kraftquelle mit<B>6</B> bezeichnet und kann entweder eine Batterie sein oder die Kraftleitung mit einem Transformator und# oder Widerständen im Stromkreis.
Leiter drähte<B>7</B> und<B>7'</B> fübren zum Zündelement<B>1,</B> bei welchem. die sehraubenförmil-ge Spule zum Beispiel auf einem Stecken befestigt ist.
Im oben erwähnten Hauptpatent ist das 1-1.eterophasenprilizip des katalytisehen Zünd- elementes 1-eilauer erklärt, in %velehem die Re aktion in einer ersten der primären Phase be ginnt, welche ihrerseits rasch zur sekundären Phase aufheizt, in welcher dann die flammen lose Reaktion der primären Phase zur Plam- rii(-eiil)iltliiiig und Entzündung beschleunigt wird.
Ini vorliegenden Fall arbeitet das Zünd- eleinent in ähnlicher Weise nach diesem He- terophasenprinzip, Bei der Bildung der sekun- (lären Wendel oder von ähnlichem werden die ursprünglich gleiehförmigen Abstände 7wi- sehen den Windungen der primären Wendel tin,-leieliförmi-- gemacht, indem die innern Teile der primären Wendel näher zusammen kommen und die äussern Teile sieh voneinan der entfernen,
so dass eine stark unterschied- liehe Struktur entsteht, in welcher zahlreiche Abschnitte init engen Windungsahständen, weiche der Arbeit in der primären Phase an- gepasst sind, abwechseln mit zahlreichen<B>Ab-</B> schnitten mit weiteren Windungsabständen, welche der Arbeit in der sekundären Phase angepasst sind und welche so dem berührenden Brennstoff-Luft-Geiniseh eine grosse Zahl von Startpunkten für die primäre Phase der Re aktion bieten, sowie daran anstossende Gebiete,
in welchen die Anfangsreaktion in der sekun- diren Phase bis zur Entzündung beschleunigt werden kann.
Die Überlegenheit des Zündelementes ge- in5ss dieser Erfindung über andere elektrisch 11 geheizte Zündvorrielitungen und über andere Typen von solchen Heterophasen-Zündelemen- ten wird beim Grebraueli offenbar.
<I>Beispiel<B>1:</B></I> l#',iii <B>0,051</B> mm starker Draht, der züi einer primären Wende], vom innern Durchmesser <B>01J27</B> mm und von der Windungsdiehte 54 Windungen pro Zentimeter gewickelt wurde, welefie Weildel ihrerseits in eine sekundäre Wende] von zwei oder drei Windungen und von einem innern Durchmesser von ungefähr <B>0,89</B> min gewiekelt wurde, entzündete zuver lässig -Methan in einem strömenden Methan- Luft-Gemiseh, wenn er geheizt wurde,
mit un- geffflir <B>0,25</B> bis<B>0,6</B> Watt, bei einer Spannung von<B>1,3</B> bis 2,5'#.'olt und einer Stromstärke von 0,2 bis<B>0,225</B> Ampere. Eine einfaehe, gerade Spule wäre niellt imstande, -Hethan -unter so]- eben oder ähnlichen Bedingungen zu entzün den. Ein ähnliches Zündelement in der Form einer Spule naeh Fig. <B>3</B> oder 4 arbeitet in ähn- lieher Weise.
<I>Beispiel 2:</I> Ein Zündelenient aus<B>0,051-</B> mm starkem Draht, welches in eine primäre Wendel mit einem innern Durchmesser von 0,12min und von einer Windungsdichte von 54 Win dungen pro Zentimeter gewickelt wurde, -welche ihrerseits in die W-Struktur gemäss Fig. <B>3</B> gebracht wurde, und die mit<B>0,5</B> Watt oder<B>1,9</B> Volt bei<B>0,26</B> Ampere geheizt wurde, entzündete Methan im oben erwähnten V.ethan-Luft-Gemiseh sofort. Die S-Struktur nach Fig. 4 verbraucht bei gleicher Anwen dung etwas mehr Energie, z.
B.<B>0,55</B> Watt oder <B>0,29</B> Ampere bei<B>1,9</B> Volt, für eine Spule nach obigen Daten.
Die Zahl der Wiii.dLiii"n der sekundären Wen.del kann verschieden sein, wobei aber mindestens zwei Windungen vorhanden sind. Normalerweise ist es sicherer, drei oder vier Windungen anzuwenden, und wenn es ge wünscht wird, können auch mehr Wind-Lin,--en in der sekundären Wende] enthalten sein. Die Spannung und die Stromstärke des elektri- sehen Heizstromes und die totale Leistungs aufnahme in Watt mÜssen genügend klein sein, um eine schädliche Überhitzung des Drah tes, aus dem das Zündelement besteht, zu ver hindern.
Im allgemeinen wird die Zündvor- riehtung nicht glühen, wenn sie nicht mit dein strömenden Brennstoff-Laft-Gemisch in Be rührung steht, obschon zwar ein leichtes<B>Glü-</B> hen in manchen Fällen auftreten kann.
Das Katalysatormetall, aus welchem der Draht oder mindestens die Oberfläche des Drahtes besteht, ist im allgemeinen Platin oder eine Legierung von Platin mit einem andern Metall der Plating-ruppe, z. B. Legierungen von Platin und Rhodium oder von Platin und Iridium, wobei der Platingehalt normalerweise mindestens<B>80</B> oder 901/o der Legierung ist, oder mit einem. oder mehreren andern passen den Metallen, z.
B. Niekel, Wolfram usw. Das Material des Drahtes kann in der Form eines gesinterten Agglomerates des oder der Kata- lysatormetalle sein, mit oder ohne andern Me tallen, wie -Wolfram, und vorzugsweise mit einem kleinen Prozentsatz oder einem Bruell- teil eines Prozentes von darin verteiltem, feuerfestem Oxyd, wie z.
B. Thoriumoxyd, Be- rylliumoxyd usw. Der Quersehnitt des Drah- tes kann irgendeine beliebige Form haben, wird aber im allgemeinen kreisförmig sein.
um Wiekeln der ersten Wendel bei der Bil dung des Zündelementes kann aueh Litzen- draht verwendet werden, in welehem Falle dann die gesamte Diehe der aus einzelnen Drähten zusammengesetzten Litze dem elektri- sehen Widerstande nach derjenigen des oben besehriebenen Drahtes entspreehen sollte;
in diesem Falle müssen die einzelnen Drähte nieht uinbedin",t aus demselben Metall. zusain- menglesetzt sein, sondern sie können aus ver- sehiedenen Metallen bestehen.
Versuehe mit dein Zündeleinent habeii -e- zeilt, dass es andern Zilndelementen sogar bei der Zündung von Stadtgas oder sog. fabrizier tem Gas, welehes einen gewissen Anteil von Wasserstoff enthält, weit überlegen ist.
Es wurde gefunden, dass bei der ZündLing von solehein Gras mit Hilfe des Zündelementes der Verbraueb elektriseher Leistun-- bis zum Er- reiehen der Zündung im allgemeinen etwa <B>15</B> % niedriger war im Vergleieh züi einer sonst ähnliehen, einfaehen, geraden Spule.
Der be deutendste Untersehied wird jedoeb. bei der Anwendung des Zündelernentes zLir Zündmig von solehem Gas in einer Mehrfaehbrenner- Einheit festgestellt, denn bei einer solefien <B>c</B> Anordnung, wie sie zum Beispiel in Fig. <B>1</B> dar gestellt ist, misehen sieh die Verbrennungs. produkte, die von einer sehoil ent71indeten Flammenöffnung, z.
B.<B>3,</B> dureh das Rilek- sehla-flammrohr 4. fliessen und bis zum Zünd- element <B>1</B> vordringen, mit dem zu entzünden den Gasstrom, weleher von der Flamirierliiii'- nun- <B>3'</B> dureb. das Rüelzselilagilaniinrolir 4' fliesst, und tendieren darauf, das Zündeleinent auszulösehen und so die zweile Zünclung- zu stören.
Eine einfaehe gerade Spule wird dann leieht unzuverlässig oder langsamer im Zünd- vorgang als eine Spule gemäss vorliegender <B>kn</B> Erfindun-. Die viel -,rössere Zuverhässigkeit des vorlie-enden Zündelententes bei der An- C wendun- zum Zündeti voji zwei oder niebi- Brennerii,
zusammen oder naeheinander, von grösster Wiehtigkeit für eine maximale Sieherheit. Die in den be- sehriebenen Versuehen entsl anden dureh einen Brennstoffstrahl, z.
B. aus --#lethaii, der dareh Düsen in Luft geblaseij wurde, und sind also normale Gelilisehe, wie inun sie in praktisehen Systemen wie Gasherdbrennern antrifft. Die Flammen hatten die ellarakteristiselle blaue <B>F</B> arbe. Die Drileke des Brenn,#itoffstrahls wur den ii) weiten Grenzen variiert, so wie sie in der Heizpraxis angetrof ren werden.
Die Art der Verl)iilcliiii.#-, des 7P#iidel(,iii(,ii- tes mit der elektrisehen Kraftquelle ist belie big. In Fig. <B>1</B> ist eine besonders iAnsflige Art dor Befestigung des 7,PiideleiiifiiteN und seinei- Verbindun--,
mit der elektrisehen Kraftquelle daro-estellt. Der Ziileitiiii2sdralit <B>7'</B> ist mit einer Metallhülse <B>8</B> verbunden, -#velelie auf einem isolierten Soekel <B>9</B> montiert ist, und der Zuführungsdraht <B>7</B> ist in Verbindung mit dem Kontakt<B>10,</B> der die Forni einer Buelise bat,
im soekel <B>9</B> montiert Liii(1 gegen die Metall- hillse <B>8</B> elektriseli isoliert ist.
Das Zündelemünt ist zwisehen den Leitern<B>11.</B> -und ll.' befestigt, welehe auf der Kappe 12 angebraeht sind,
wo bei der Leitür <B>1 l'</B> mit der Kappe<B><U>19</U></B> verlötel oder sonst in inetallisehein Kontakt damit ist' während der Leiter<B>11</B> von der Kiippe isoliert mit Hilfe der Bliellse <B>13</B> iii einer nieiillis(#lic#li rohrförinilgen <B>14</B> (,
ii(-ligt. Die Kappe<B>12</B> wird über die Hülse<B>8</B> hinunter- gepresst und bringt so (leii Ztileil#iiii,-",cli-aht <B>7'</B> in Verbindung mit dem 1,eiter <B>11'</B> und deii Leiter<B>11</B> in Kontakt mit der Kontaktbuelise <B>10</B> und dadureh mit den). ZLile.it-Ling drabt <B>7.</B> Dabei wird die ganze l,,
iiilicit ten duireh die Reibung der Kappe 12 an der Hülse<B>8</B> und der Reibung der Röhre 14 in der Buehse <B>10.</B>
Das Ziiiicieleiiieiii kam) im flauxhalt oder in der Industrie verwendet werdeii in Geiii- ten, wie Herden, Öfen, Heizungen usw., und zwar entweder direkt, wie zum Beispiel. bei Iferdbrennern, oder indirekt, wie zum Bei spiel bei flerdbaeköfen oder Heizungen.
Sie kann auch in Instrumenten oder andern Vor- riellt11111-en verwendet werden,<B>wo</B> immer es erwibiselit ist, ein Gas-Luft-Gemiseli oder Bi-eniistoff-Luft-(-'reniiseli züi entzünden. Die elektrische Kraftqnelle kann das Netz sein mit eineiii vor.oesehalteten Widerstand oder Trans- rorinator, oder eine Batterie, wie es gewünscht wird.
Die elektrische Ileizung des Zündele- wetites kann (lauernd sein oder auf die Zeiten (ler -Anwesenheit von Brennstoff-L-Lift-(Te- iniseh, -welches entzündet werden soll, be- sehr-,inkt werden.
Wie im Ilauptpatent, wird (las aus der Berüh- rum, init dem Zündelement entfernt, nachdem die Zünd ung statt- ge funden bat, wie z. B. mit Itill'e des,
Fliiiiiiieiii-üelzselilagsysteiiis. Die Zündvorriehtun- kann auch angewendet wer den zur Zündung eines Gases, welches dann .seinerseits zur Zündung eine,-, andern Brenn stoffes gebraucht wird, der direkt züi sehwierig züi entzünden ist, oder dessen Entzündung züi tilizilvei,iii,#"sio# Ware.
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