DE102014216430A1

DE102014216430A1 - Porous body, in particular for use as a combustion zone of a porous burner, and pore burner with such a porous body

Info

Publication number: DE102014216430A1
Application number: DE102014216430.3A
Authority: DE
Inventors: Dr. Weiß Roland; Andreas Lauer
Original assignee: Schunk Kohlenstofftechnik GmbH
Current assignee: Schunk Kohlenstofftechnik GmbH
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2016-02-25
Also published as: WO2016026715A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Porenkörper mit Strömungsleiteinrichtungen, die als wellenförmige Streifen ausgebildete Strömungsleiter aufweisen, wobei die Strömungsleiter eine mit einer Kohlenstofffaserverstärkung versehene Siliciumcarbid-Struktur aufweisen, wobei die Strömungsleiter zur Ausbildung von Durchströmungsporen der Strömungsleiteinrichtung miteinander kontaktiert sind. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Porenbrenner mit einer von einem derartigen Porenkörper gebildeten Verbrennungszone, die auf einer Verbrennungsgas in die Verbrennungszone einleitenden Durchströmungseinrichtung angeordnet ist.The invention relates to a porous body with flow guides, which have flow guides designed as wavy strips, the flow conductors having a carbon fiber reinforcement provided with silicon carbide structure, wherein the flow conductors are contacted to form Durchströmungsporen the flow guide with each other. Moreover, the invention relates to a pore burner with a combustion zone formed by such a pore body, which is arranged on a combustion gas in the combustion zone introductory flow device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Porenkörper, insbesondere zur Verwendung als Verbrennungszone eines Porenbrenners, mit einer Mehrzahl in Richtung einer Durchströmungsachse einer den Porenkörper durchströmenden Gasströmung übereinander angeordneter Strömungsleiteinrichtungen, die jeweils in einer quer zur Durchströmungsrichtung angeordneten Durchströmungsebene nebeneinander angeordnete, als wellenförmige Streifen ausgebildete Strömungsleiter aufweisen, wobei die Strömungsleiter eine mit einer Kohlenstofffaserverstärkung versehene Siliziumcarbid-Struktur aufweisen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Porenbrenner mit einer von einem derartigen Porenkörper gebildeten Verbrennungszone.The present invention relates to a porous body, in particular for use as a combustion zone of a pore burner, with a plurality of flow guides arranged in the direction of a flow axis of a gas flow flowing through the pore body. The flow guides are arranged side by side in a flow direction arranged transversely to the flow direction and designed as wavy strips. wherein the flow conductors comprise a carbon fiber reinforced silicon carbide structure. Moreover, the invention relates to a pore burner with a combustion zone formed by such a pore body.

Porenbrenner sind grundsätzlich in zwei Bereiche mit unterschiedlichen Funktionen aufgeteilt. Zur Einleitung eines Gas-Luft-Gemisches ist als ein erster Bereich eine auch als „Flammensperre” bezeichnete Durchströmungseinrichtung vorgesehen, an die als zweiter Bereich eine Verbrennungszone anschließt, die durch einen Porenkörper gebildet wird. Die Durchströmungseinrichtung ist mit einer Vielzahl von Strömungskanälen versehen, die einerseits eine möglichst von Strömungsverlusten freie Einführung des Brennstoff-Luft-Gemisches in die Verbrennungszone ermöglichen und andererseits einen Flammenrückschlag verhindern.Pore burners are basically divided into two areas with different functions. For the introduction of a gas-air mixture, a throughflow device, also referred to as a "flame arrester", is provided as a first region, to which a combustion zone, which is formed by a porous body, adjoins as the second region. The flow device is provided with a plurality of flow channels, on the one hand allow a possible flow losses free introduction of the fuel-air mixture in the combustion zone and on the other hand prevent a flashback.

Zur Ausbildung der Verbrennungszone werden Porenkörper verwendet, die offenporig ausgebildet sind, wobei die Porengröße im Bereich von 8 bis 10 mm und die Gesamtporösität des Porenkörpers bei etwa 80 bis 90% liegen sollte. Durch die offenporige Ausgestaltung des Porenkörpers soll eine flammenlose, volumetrische Verbrennung ermöglicht werden, sodass die Verbrennungszone eines im Betrieb befindlichen Porenbrenners als „glühender Schaum” wirkt.To form the combustion zone, porous bodies are used which are of open-pore design, the pore size in the range of 8 to 10 mm and the total porosity of the pore body should be about 80 to 90%. Due to the open-pored design of the pore body flameless, volumetric combustion is to be made possible, so that the combustion zone of a pore burner in operation acts as a "glowing foam".

Zur Ausbildung der Verbrennungszone ist es aus der EP 1 693 618 B1 bekannt, einen Porenkörper zu verwenden, der eine Mehrzahl in Durchströmungsrichtung einer den Porenkörper durchströmenden Gasströmung übereinander angeordnete Strömungsleiteinrichtungen aufweist, die jeweils in einer quer zur Durchströmungsrichtung angeordneten Durchströmungsebene als wellenförmige Streifen ausgebildete Strömungsleiter aufweisen. Die Strömungsleiter weisen eine mit einer Kohlenstofffaserverstärkung versehene Siliziumcarbid-Struktur auf, wobei die Herstellung der Strömungsleiteinrichtung dadurch erfolgt, dass ein CFK-Körper zur Umwandlung in einen CFC-Körper einer Pyrolyse unterzogen und anschließend siliziert wird, sodass sich die kohlenstofffaserverstärkte Siliziumcarbid-Struktur ergibt.To form the combustion zone, it is from the EP 1 693 618 B1 It is known to use a porous body which has a plurality of flow guides arranged one above the other in the direction of flow through a gas flow flowing through the pore body, each having a flow guide formed as a wave-shaped strip in a flow plane arranged transversely to the flow direction. The flow conductors have a silicon carbide structure provided with a carbon fiber reinforcement, wherein the production of the flow guiding device takes place by subjecting a CFC body to pyrolysis for conversion into a CFC body and then siliconizing it, resulting in the carbon fiber reinforced silicon carbide structure.

Die Siliziumcarbid-Struktur wird anschließend mit einer Korrosions-/Oxidationsschutzschicht versehen, sodass im Ergebnis ein Siliziumcarbid-Körper mit einer zusätzlichen Korrosions-/Oxidationsschutzschicht vorliegt.The silicon carbide structure is then provided with a corrosion / oxidation protection layer, resulting in a silicon carbide body with an additional corrosion / oxidation protection layer.

Zum Aufbau der Strömungsleiteinrichtung des bekannten Porenkörpers ist eine Wellenlagenanordnung aus einer Mehrzahl in einer Ebene angeordneter wellenförmiger Streifen vorgesehen, die über eben ausgebildete Decklagen miteinander verbunden sind, sodass im Ergebnis die bekannte Strömungsleiteinrichtung einen alternierenden Aufbau aus eben ausgebildeten Decklagenstreifen und wellenförmigen Streifen aufweist. Hierdurch ist bei der bekannten Strömungsleiteinrichtung das zur Ausbildung von Poren zur Verfügung stehende Körpervolumen begrenzt.To construct the flow guiding device of the known porous body, a shaft layer arrangement comprising a plurality of wave-shaped strips arranged in a plane is provided, which are connected to one another via flat cover layers, so that as a result the known flow guiding device has an alternating construction of flatly formed top layer strips and wavy strips. As a result, in the known Strömungsleiteinrichtung the body volume available for the formation of pores is limited.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein aus einer Mehrzahl von Strömungsleiteinrichtungen aufgebauten Porenkörper vorzuschlagen, der einfacher herstellbar ist.The present invention has for its object to propose a constructed of a plurality of Strömungsleiteinrichtungen pore body, which is easier to produce.

Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe weist der erfindungsgemäße Porenkörper die Merkmale des Anspruchs 1 auf.To achieve the above object, the porous body according to the invention has the features of claim 1.

Erfindungsgemäß sind die Strömungsleiter zur Ausbildung von Durchströmungsporen der Strömungsleiteinrichtung miteinander kontaktiert.According to the invention, the flow conductors are contacted with one another to form flow pores of the flow-guiding device.

Die unmittelbare Kontaktierung bzw. Ausbildung eines Berührungskontaktes der Strömungsleiter untereinander ermöglicht den Verzicht auf Zwischenlagen, die das zur Ausbildung von Poren zur Verfügung stehende Volumen des Porenkörpers einschränken. Gleichzeitig ist das Festkörpervolumen des Porenkörpers, also das Volumen der Körperanteile, die für eine Porenausbildung nicht zur Verfügung stehen, erheblich reduziert, sodass hiermit verbunden auch eine entsprechende Reduktion der Masse des Porenkörpers ermöglicht wird.The direct contacting or training of a contact contact of the flow conductors with each other makes it possible to dispense with intermediate layers, which limit the volume of the porous body available for the formation of pores. At the same time, the solid body volume of the pore body, that is to say the volume of the body parts which are not available for pore formation, is considerably reduced, so that a corresponding reduction in the mass of the pore body is made possible with it.

Der erfindungsgemäße Porenkörper weist daher ein vergrößertes Porenvolumen auf. Darüber hinaus ist der erfindungsgemäße Porenkörper durch den Verzicht auf die Zwischenlagen einfacher aufgebaut und damit einfacher herstellbar.The porous body according to the invention therefore has an increased pore volume. In addition, the pore body according to the invention is simpler by eliminating the intermediate layers and thus easier to produce.

Vorteilhaft können die Strömungsleiter zur Ausbildung von Durchströmungsporen der Strömungsleiteinrichtung miteinander verbunden sein. Die Strömungsleiter können dann einen mechanisch stabilen und ggf. einstöckigen Porenkörper ausbilden.Advantageously, the flow conductors can be connected to each other to form flow pores of the flow-guiding device. The flow conductors can then form a mechanically stable and possibly single-layered porous body.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Strömungsleiter einen Wellenwinkel α auf, unter dem Wellenkämme der Strömungsleiter gegenüber der Durchströmungsachse geneigt ist, sodass die Ausrichtung der Strömung in der Strömungsleiteinrichtung relativ zur Durchströmungsachse des Porenkörpers entsprechend dem gewählten Wellenwinkel α einstellbar ist.In a preferred embodiment of the invention, the flow conductors have a shaft angle α, below the wave crests of Flow conductor is inclined relative to the flow axis, so that the orientation of the flow in the flow guide relative to the flow axis of the porous body according to the selected shaft angle α is adjustable.

Insbesondere in dem Fall, wenn die Wellenwinkel übereinander angeordneter Strömungsleiteinrichtungen differieren, ergibt sich hierdurch eine besonders gute Homogenisierung des den Porenkörper durchströmenden Gasgemisches bzw. eine gewünschte möglichst vollständige und rückstandsfreie Verbrennung des Brennstoff-Luft-Gemisches in der porösen Struktur.In particular, in the case when the shaft angle differing flow guides differ, this results in a particularly good homogenization of the gas mixture flowing through the pore body or a desired complete and residue-free combustion of the fuel-air mixture in the porous structure.

Bevorzugt ist es, wenn die Strömungsleiter so in der Strömungsleiteinrichtung angeordnet sind, dass die Wellenebenen der Strömungsleiter im Wesentlichen senkrecht zu einer Durchströmungsebene angeordnet sind, sodass ein relativ einfacher Gesamtaufbau des aus einer Mehrzahl von übereinander angeordneten Strömungsleiteinrichtungen gebildeten Porenkörpers möglich ist. Darüber hinaus besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Wellenebenen der Strömungsleiter unter einem definierten Winkel β zur Durchströmungsebene des Porenkörpers anzuordnen, sodass insbesondere bei voneinander abweichenden Wellenebenenwinkeln übereinander angeordneter Strömungsleiteinrichtungen ein weiterer Beitrag zur gewünschten Homogenisierung der Gasströmung bzw. der Verbrennung im Porenkörper gegeben ist.It is preferred, when the flow conductors are arranged in the flow guide, that the wave planes of the flow conductors are arranged substantially perpendicular to a flow plane, so that a relatively simple overall structure of the formed from a plurality of superposed Strömungsleiteinrichtungen pore body is possible. In addition, however, there is also the possibility of arranging the wave planes of the flow conductors at a defined angle β to the flow plane of the pore body, so that a further contribution to the desired homogenization of the gas flow or the combustion in the pore body is given especially at diverging wave plane angles superimposed Strömungsleiteinrichtungen.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Strömungsleiter einer Strömungsleiteinrichtung eine übereinstimmende Wellenlänge auf und benachbarte Strömungsleiter sind um eine halbe Wellenlänge axial gegeneinander versetzt miteinander kontaktiert und/oder verbunden, derart, dass jeweils ein Wellental des einen Strömungsleiters mit einem Wellenberg des anderen Strömungsleiters kontaktiert und/oder verbunden ist. Somit ist es möglich, eine Ausbildung von Poren in der Strömungsleiteinrichtung bei identisch ausgebildeten und unmittelbar miteinander kontaktierten und/oder verbundenen Strömungsleitern zu erzielen.In a particularly preferred embodiment, the flow conductors of a flow guide on a matching wavelength and adjacent flow conductors are axially offset and offset by half a wavelength contacted and / or connected, such that in each case a trough of a flow conductor contacted with a wave crest of the other flow and / / or connected. Thus, it is possible to achieve a formation of pores in the flow guide in identically designed and directly contacted and / or connected flow conductors.

Vorzugsweise sind die Strömungsleiter der Strömungsleiteinrichtung in einem Rahmen angeordnet, derart, dass die Strömungsleiter an ihren axialen Enden mit dem Rahmen verbunden sind, sodass zusätzlich zu der Verbindung der Strömungsleiter untereinander eine weitere Einrichtung zur Verfügung steht, um die gewünschte Ausrichtung der Strömungsleiter in einer definierten Durchströmungsebene zu fixieren. Darüber hinaus wird durch die Rahmen ein Aufbau des Porenkörpers aus übereinander angeordneten Strömungsleiteinrichtung wesentlich vereinfacht, da hierzu einfach die Rahmen übereinander angeordnet, also gestapelt werden müssen.Preferably, the flow conductors of the flow guide are arranged in a frame, such that the flow conductors are connected at their axial ends to the frame, so that in addition to the connection of the flow conductors with each other, a further device is available to the desired orientation of the flow guide in a defined Fix the flow plane. In addition, a structure of the porous body made of superposed Strömungsleiteinrichtung is considerably simplified by the frame, since this simply the frame arranged one above the other, so need to be stacked.

Bevorzugt ist es, wenn die Strömungsleiter zur Ausbildung der Kohlenstofffaserverstärkung streifenförmige Zuschnitte eines Kohlenstofffasergewebes oder eines Kohlenstofffasergeleges aufweisen. Beide Varianten ermöglichen es vorteilhaft, die Orientierung der Filamente des Gewebes oder des Geleges in Richtung der im Betrieb des Porenbrenners durch die Verbrennung induzierten mechanischen Spannungen auszurichten.It is preferred if the flow conductors for forming the carbon fiber reinforcement have strip-shaped blanks of a carbon fiber fabric or a carbon fiber fabric. Both variants advantageously make it possible to align the orientation of the filaments of the fabric or the fabric in the direction of the mechanical stresses induced by the combustion during operation of the porous burner.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zur Ausbildung der Kohlenstofffaserverstärkung ein Kohlenstofffasergelege gewählt wird, das eine offene Gelegestruktur mit in einer Gelegeebene ausgebildeten Durchgangsöffnungen aufweist, sodass aufgrund der Durchgangsöffnungen das Porenvolumen des Porenkörpers noch erheblich erhöht werden kann.It is particularly advantageous if a carbon fiber laminate is chosen to form the carbon fiber reinforcement, which has an open fabric structure with through openings formed in a laying plane, so that the pore volume of the pore body can be considerably increased due to the through openings.

Um eine weitestgehende Übereinstimmung im Werkstoffverhalten zwischen dem Rahmen und den im Rahmen angeordneten Strömungsleitern der Strömungsleiteinrichtung zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn der Rahmen aus einer CFC-Struktur mit Siliciumcarbid-Beschichtung gebildet ist. Auch kann der Rahmen aus einem keramischen Faser-Preform gebildet sein.In order to allow the greatest possible agreement in the material behavior between the frame and the flow conductors of the flow-guiding device arranged in the frame, it is advantageous if the frame is formed from a CFC structure with a silicon carbide coating. Also, the frame may be formed of a ceramic fiber preform.

Wenn die Strömungsleiteinrichtung zur Ausbildung der Siliziumcarbid-Struktur eine Siliziumcarbid-Beschichtung aufweist, die auf eine die Kohlenstofffaserverstärkung enthaltende CFC-Struktur aufgebracht ist, ist gleichzeitig mit Ausbildung der Siliziumcarbid-Struktur eine äußere Korrosions-/Oxidationsschicht ausgebildet, ohne dass hierzu ein separater Verfahrensschritt notwendig wäre. Auf die Ausbildung einer von der Siliziumcarbid-Struktur unabhängigen Korrosions-/Oxidationsschutzschicht kann somit verzichtet werden.When the flow guide for forming the silicon carbide structure has a silicon carbide coating applied to a carbon fiber reinforcement-containing CFC structure, an outer corrosion / oxidation layer is formed simultaneously with formation of the silicon carbide structure without requiring a separate process step would. The formation of a corrosion / oxidation protection layer independent of the silicon carbide structure can thus be dispensed with.

Auch unabhängig davon, auf welche Art und Weise die Strömungsleiter die Strömungsleiteinrichtung ausbilden, also unabhängig davon, ob die Strömungsleiter unmittelbar oder unter Verwendung von Zwischenlagen miteinander verbunden sind, erweist sich die Ausbildung der Siliziumcarbid-Struktur durch Beschichtung der die Kohlenstofffaserverstärkung enthaltenden CFC-Struktur als vorteilhaft, da ganz grundsätzlich die Herstellung einer Strömungsleiteinrichtung bzw. eines aus einer Mehrzahl von Strömungsleiteinrichtungen zusammengesetzten Porenkörpers aufgrund des möglichen Verzichts auf eine zusätzliche Beschichtung als Korrosions-/Oxidationsschutzschicht vereinfacht wird.Also, regardless of the way in which the flow conductors form the flow guide, that is, regardless of whether the flow conductors are connected directly or by using intermediate layers, the formation of the silicon carbide structure by coating the carbon fiber reinforcement containing CFC structure proves to be advantageous because quite fundamentally the production of a flow guiding device or a porous body composed of a plurality of flow guiding devices is simplified because of the possible omission of an additional coating as a corrosion / oxidation protection layer.

Insbesondere die Verwendung eines Kohlenstofffasergeleges mit einer offenen Gelegestruktur zur Herstellung der Strömungsleiter erweist sich in Verbindung mit der Siliziumcarbid-Beschichtung zur Ausbildung der Siliziumcarbid-Struktur als besonders vorteilhaft, da die offene Gelegestruktur im Wesentlichen die gesamte Oberfläche der die Gelegestruktur ausbildenden Faserfilamente für die Siliziumcarbid-Beschichtung zugänglich macht, sodass eine im Wesentlichen vollständige Korrosions- bzw. Oxidationsschicht der gesamten Faseroberfläche ermöglicht wird.In particular, the use of a carbon fiber fabric with an open scrim structure for the production of the flow conductors proves to be particularly advantageous in connection with the silicon carbide coating for forming the silicon carbide structure, since the open scrim structure in Substantially exposing the entire surface of the filament structure forming the filament structure to the silicon carbide coating so that a substantially complete corrosion or oxidation layer of the entire fiber surface is made possible.

Vorzugsweise ist die Siliziumcarbid-Beschichtung durch Abscheidung von Siliziumcarbid aus der Gasphase ausgebildet, wobei hier insbesondere eine Siliziumcarbid-Beschichtung im CVI- oder CVD-Verfahren vorteilhaft ist.Preferably, the silicon carbide coating is formed by deposition of silicon carbide from the gas phase, in which case in particular a silicon carbide coating in the CVI or CVD method is advantageous.

Zur Ausbildung einer Verbrennungszone weist der Porenkörper mehrere Strömungsleiteinrichtungen mit jeweils einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter Strömungsleiter auf, die vorzugsweise derart aufeinander angeordnet sind, dass die Wellenwinkel α zweier übereinander angeordneter Strömungsleiteinrichtungen unterschiedlich sind.In order to form a combustion zone, the pore body has a plurality of flow guide devices, each having a plurality of adjacently arranged flow conductors, which are preferably arranged one above the other in such a way that the wave angles α of two superimposed flow guide devices are different.

Alternativ oder zusätzlich zu der unterschiedlichen Ausrichtung der Wellenwinkel α zweier übereinander angeordneter Strömungsleiteinrichtungen können auch die Wellenebenenwinkel β der Strömungsleiter zweier übereinander angeordneter Strömungsleiteinrichtungen unterschiedlich sein.As an alternative or in addition to the different orientation of the shaft angles α of two superimposed flow guiding devices, the wave plane angles β of the flow conductors of two superimposed flow guiding devices can also be different.

Vorzugsweise sind die Wellenwinkel α zweier übereinander angeordneter Strömungsleiteinrichtungen entgegengesetzt gleich und/oder die Wellenebenenwinkel β zweier übereinander angeordneter Strömungsleiteinrichtungen sind entgegengesetzt gleich.Preferably, the shaft angles α of two superimposed Strömungsleiteinrichtungen are opposite equal and / or the wave plane angle β of two superposed Strömungsleiteinrichtungen are opposite equal.

Ein besonders fester Verbund zwischen den Strömungsleitern zweier übereinander angeordneter Strömungsleiteinrichtungen kann erreicht werden, wenn die Strömungsleiter der übereinander angeordneten Strömungsleiteinrichtungen an ihren einander gegenüberliegenden Längsrändern miteinander kontaktiert und/oder verbunden sind.A particularly strong bond between the flow conductors of two superposed Strömungsleiteinrichtungen can be achieved if the flow conductors of superposed Strömungsleiteinrichtungen contacted at their opposite longitudinal edges together and / or are connected.

Weiterhin kann ein besonders sicherer Verbund von übereinander liegenden Strömungsleiteinrichtungen erreicht werden, wenn zusätzlich übereinander angeordnete Strömungsleiteinrichtungen längs ihrer Rahmen miteinander verbunden sind.Furthermore, a particularly secure composite of superposed Strömungsleiteinrichtungen can be achieved if additionally arranged one above the other Strömungsleiteinrichtungen along their frames are interconnected.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Verbindung übereinander liegend angeordneter Strömungsleiteinrichtungen mittels der auf die Strömungsleiteinrichtungen aufgebrachten Siliziumcarbid-Beschichtung ausgebildet ist.It is particularly advantageous if the connection of superimposed flow guide devices is formed by means of the silicon carbide coating applied to the flow guide devices.

Der erfindungsgemäße Porenbrenner weist die Merkmale des Anspruchs 21 auf.The pore burner according to the invention has the features of claim 21.

Erfindungsgemäß weist der Porenbrenner einen Porenkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20 auf, der die Verbrennungszone ausbildet, wobei der Porenkörper auf einer Verbrennungsgas in die Verbrennungszone einleitenden Durchströmungseinrichtung angeordnet ist.According to the invention, the pore burner has a pore body according to one or more of claims 1 to 20, which forms the combustion zone, wherein the pore body is arranged on a combustion gas in the combustion zone introducing flow-through device.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Porenbrenners weist die Durchströmungseinrichtung einen mit Strömungskanälen versehenen Durchströmungskörper auf, der Siliziumcarbid und eine Kohlenstofffaser-Verstärkung aufweist, wobei die Kohlenstofffaser-Verstärkung als Faserfilz ausgebildet ist, der mit einer Siliziumcarbid-Beschichtung versehen ist, sodass die Durchströmungseinrichtung in ihrer Temperaturfestigkeit dem Porenkörper angepasst ist.In a preferred embodiment of the pore burner, the throughflow device has a flow-through body with silicon carbide and a carbon fiber reinforcement, wherein the carbon fiber reinforcement is formed as a fiber felt, which is provided with a silicon carbide coating, so that the flow-through device in their temperature resistance adapted to the pore body.

Darüber hinaus ermöglicht die Ausgestaltung der Durchströmungseinrichtung auf Basis eines Faserfilzes einen besonders homogenen Aufbau des Durchströmungskörpers und damit ein im Wesentlichen isotropes Werkstoffverhalten mit richtungsunabhängigen Temperaturleiteigenschaften, so dass neben der hohen Temperaturbeständigkeit der Durchströmungseinrichtung aufgrund der Siliziumcarbid-Beschichtung eine eher geringe Neigung zur Ausbildung von Spannungsrissen und damit eine hohe Zeitstandfestigkeit gegeben ist.In addition, the design of the throughflow device based on a fiber felt allows a particularly homogeneous structure of the flow body and thus a substantially isotropic material behavior with direction-independent thermal conductivity, so that in addition to the high temperature resistance of the flow through the silicon carbide due to the rather low tendency to form stress cracks and so that a high creep rupture strength is given.

Die Herstellung des Faserfilzes kann beispielsweise basierend auf Cellulose- oder vollsynthetischen Fasern, wie Polyacrylnitril (PAN), erfolgen. Dem Ausgangsmaterial zur Herstellung des Faserfilzes können bei Bedarf auch Mineralfasern oder Stahlfasern zugesetzt werden.The fiber felt can be produced, for example, based on cellulose or fully synthetic fibers, such as polyacrylonitrile (PAN). If necessary, mineral fibers or steel fibers can also be added to the starting material for producing the felt.

Insbesondere bei einer nicht ausschließlichen Verwendung von Kohlenstofffasern oder Cellulosefasern als Ausgangsmaterial für den Faserfilz kann dem Ausgangsmaterial vor Durchführung einer Pyrolyse des Faserfilzes ein kohlenstoffbasiertes Bindemittel, wie insbesondere Phenolharz, hinzugefügt werden.In particular, in a non-exclusive use of carbon fibers or cellulose fibers as the starting material for the fiber felt may be added to the starting material before performing a pyrolysis of the fiber felt, a carbon-based binder, in particular phenolic resin.

Vorzugsweise weisen die in dem Faserfilz ausgebildeten Strömungskanäle eine geradlinig ausgebildete Strömungsachse auf, sodass eine möglichst strömungsverlustfreie Durchströmung des Durchströmungskörpers zur Einbringung eines Brennstoff-Luft-Gemisches in die Verbrennungszone des Porenbrenners ermöglicht wird. Die Gefahr eines Flammenrückschlags kann dabei durch einen möglichst kleinen Durchmesser der Strömungskanäle bei ausreichend großer Anzahl der Strömungskanäle als Voraussetzung zur Einbringung der erforderlichen Gasmenge in die Verbrennungszone vermieden werden.The flow channels formed in the fiber felt preferably have a rectilinear flow axis, so that flow through the throughflow body that is as fluid as possible without loss of the flow is made possible for introduction of a fuel-air mixture into the combustion zone of the porous burner. The risk of a flashback can be avoided by a small diameter of the flow channels with a sufficiently large number of flow channels as a prerequisite for introducing the required amount of gas into the combustion zone.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Durchmesser der Strömungskanäle durch die Dicke der auf eine Kanalwandung der Strömungskanäle aufgebrachten Siliziumcarbid-Beschichtung bestimmt ist. Hiermit kann die Siliziumcarbid-Beschichtung des Faserfilzes nicht nur als Oxidationsschutz für den Faserfilz eingesetzt werden, sondern dient darüber hinaus auch zur Kalibrierung der Strömungskanäle.It is particularly advantageous if the diameter of the flow channels is determined by the thickness of the silicon carbide coating applied to a channel wall of the flow channels. Hereby, the silicon carbide coating of the fiber felt can be used not only as oxidation protection for the fiber felt, but also serves to calibrate the flow channels.

Bevorzugte Verfahren zur Aufbringung der Siliziumcarbid-Beschichtung sind Verfahren, bei denen Siliziumcarbid aus der Gasphase abgeschieden wird. Die Siliziumcarbid-Beschichtung des Durchströmungskörpers ist daher vorzugsweise im CVI- oder CVD-Verfahren aufgebracht. Insbesondere in dem Fall, wenn eine besonders weitgehende Silizierung des Faserfilzes gewünscht ist, also eine möglichst weitgehende Auffüllung der Faserzwischenräume im Faserfilz, ist eine Siliziumcarbid-Beschichtung im CVI-Verfahren aufgebracht, sodass in diesem Fall die einzelnen Fasern des Faserfilzes weitestgehend mit einer Siliziumcarbid-Beschichtung umhüllt sind.Preferred methods of applying the silicon carbide coating are methods of depositing silicon carbide from the gas phase. The silicon carbide coating of the flow body is therefore preferably applied in the CVI or CVD process. In particular, in the case where a particularly extensive silicization of the fiber felt is desired, so as far as possible filling of the fiber spaces in the fiber felt, a silicon carbide coating is applied in the CVI method, so that in this case the individual fibers of the fiber felt as far as possible with a Siliziumcarbid- Coating are coated.

Vorzugsweise lässt sich der gewünschte Grad der Silizierung bzw. die gewünschte Schichtdicke der Siliziumcarbid-Beschichtung dadurch erreichen, dass die Siliziumcarbid-Beschichtung mehrlagig ausgebildet ist, was beispielsweise dadurch erreicht wird, dass nacheinander mehrere Ofenfahrten ausgeführt werden, bei denen jeweils die Ausbildung einer Siliziumcarbid-Schicht erfolgt.Preferably, the desired degree of siliconization or the desired layer thickness of the silicon carbide coating can be achieved in that the silicon carbide coating is multi-layered, which is achieved, for example, by successively executing several furnace runs, in each of which the formation of a silicon carbide coating is carried out. Layer takes place.

Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn der Durchströmungskörper eine im CVI-Verfahren auf die Kohlenstofffasern des Faserfilzes abgeschiedene erste Siliziumcarbid-Beschichtungslage und zumindest eine zweite auf die erste Beschichtungslage im CVD-Verfahren abgeschiedene Siliziumcarbid-Beschichtungslage aufweist. Somit wird einerseits durch die CVI-Beschichtung eine Siliziumcarbid-Beschichtung der einzelnen Kohlenstofffasern ermöglicht und andererseits durch die CVD-Beschichtung die Ausbildung einer gewünschten Schichtstärke auf der Oberfläche des Durchströmungskörpers beschleunigt sowie gleichzeitig auch eine möglichst genaue Kalibrierung der Strömungskanäle erreicht.It has proven particularly advantageous if the throughflow body has a first silicon carbide coating layer deposited on the carbon fibers of the fiber felt in the CVI process and at least one second silicon carbide coating layer deposited on the first coating layer in the CVD process. Thus, on the one hand by the CVI coating a silicon carbide coating of the individual carbon fibers allows and on the other accelerated by the CVD coating, the formation of a desired layer thickness on the surface of the flow body while also achieving the most accurate calibration of the flow channels.

Zur Erzielung eines noch weiter verbesserten Oxidationsschutzes für die Kohlenstofffasern des Faserfilzes hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn vor der Beschichtung des Faserfilzes mit einer Siliziumcarbid-Beschichtung eine Ausbildung einer Pyrokohlenstoffschicht auf den Fasern des Faserfilzes oder zumindest auf den an der Oberfläche des Faserfilzes angeordneten Kohlenstofffasern des Faserfilzes erfolgt. Beispielsweise kann dies durch eine Nachimprägnierung des karbonisierten Faserfilzes mit anschließender Pyrolyse des Faserfilzes erfolgen.In order to achieve a further improved oxidation protection for the carbon fibers of the fiber felt, it has proven to be advantageous if, prior to coating the fiber felt with a silicon carbide coating, a formation of a pyrocarbon layer on the fibers of the fiber felt or at least on the carbon fibers arranged on the surface of the fiber felt the felt is made. For example, this can be done by a Nachimprägnierung the carbonized fiber felt with subsequent pyrolysis of the fiber felt.

Zur Beeinflussung des Durchströmungsverhaltens der Strömungskanäle können die Strömungskanäle einen sich längs der Strömungsachse ändernden Querschnitt aufweisen, wobei vorzugsweise die Strömungskanäle einen konischen Längsschnitt aufweisen.In order to influence the flow behavior of the flow channels, the flow channels may have a cross section which changes along the flow axis, the flow channels preferably having a conical longitudinal section.

Ganz grundsätzlich ist es möglich und auch bevorzugt, die Strömungskanäle durch die Anwendung eines Wasserstrahlschneidverfahrens im Faserfilz auszubilden, wobei dieses Verfahren sich auch besonders dazu eignet, die Strömungskanäle so auszubilden, dass diese einen konischen Längsschnitt aufweisen, da dieser sich in Folge der Strahlaufweitung des Schneidstrahls ergibt. Durch eine Einstellung der Strahlaufweitung lässt sich somit auch die Längsschnittausbildung der Strömungskanäle vor Beschichtung der Kanaloberflächen durch Aufbringung der Siliziumcarbid-Beschichtung beeinflussen.In principle, it is possible and also preferred to form the flow channels by the use of a water jet cutting process in the fiber felt, this method is also particularly suitable for the flow channels in such a way that they have a conical longitudinal section, since this is due to the beam expansion of the cutting beam results. By adjusting the beam expansion can thus also influence the longitudinal section formation of the flow channels before coating the channel surfaces by applying the silicon carbide coating.

Abgesehen von der gewählten Geometrie der Strömungskanäle ist für die Funktion der Durchströmungseinrichtung die Dichte oder Verteilung der Strömungskanäle und das Verhältnis der durch die Gesamtheit der Strömungskanäle definierten Durchströmungsfläche zu einer durch die Oberfläche des Durchströmungskörpers definierten Anströmfläche maßgeblich. Betreffend das Verhältnis der Durchströmungsfläche der Strömungskanäle zur Anströmfläche des Durchströmungskörpers hat sich ein Verhältnis zwischen 0,1% und 5% als vorteilhaft herausgestellt.Apart from the selected geometry of the flow channels, the density or distribution of the flow channels and the ratio of the flow area defined by the entirety of the flow channels to a flow area defined by the surface of the flow body are decisive for the function of the flow device. Regarding the ratio of the flow area of the flow channels to the inflow surface of the flow body, a ratio between 0.1% and 5% has been found to be advantageous.

Als besonders vorteilhaft hat sich ein Verhältnis der Durchströmungsfläche zur Anströmfläche von 2% bis 4% erwiesen.A ratio of the throughflow area to the inflow area of 2% to 4% has proved to be particularly advantageous.

Nachfolgend werden eine bevorzugte Ausführungsform des Porenkörpers sowie verschiedene Ausführungsformen der zur Herstellung des Porenkörpers verwendeten Strömungsleiteinrichtungen sowie eines aus dem Porenkörper und einer Durchströmungseinrichtung gebildeten Porenbrenners anhand der Zeichnungen näher erläutert.Hereinafter, a preferred embodiment of the pore body and various embodiments of the flow guide devices used for the production of the pore body and a pore burner formed from the pore body and a flow device will be explained in more detail with reference to the drawings.

Es zeigen:Show it:

1: den prinzipiellen Aufbau eines Porenbrenners mit einer durch einen Porenkörper gebildeten Verbrennungszone und einer von einer Durchströmungseinrichtung gebildeten Flammensperre; 1 : the basic structure of a pore burner with a combustion zone formed by a pore body and a flame trap formed by a flow-through device;

2: einen Porenbrenner mit einem durch eine Mehrzahl von übereinander liegend angeordneten Strömungsleiteinrichtungen ausgebildeten Porenkörper in isometrischer Darstellung; 2 : a pore burner with a porous body formed by a plurality of superimposed flow guides arranged in an isometric view;

3: eine einzelne Strömungsleiteinrichtung des in 2 dargestellten Porenkörpers in isometrischer Darstellung; 3 a single flow guide of the in 2 represented pore body in isometric view;

4: einen Strömungsleiter der in 3 dargestellten Strömungsleiteinrichtung in Seitenansicht und Teildarstellung; 4 : a flow conductor of in 3 illustrated flow guide in side view and partial representation;

5: den in 4 dargestellten Strömungsleiter in Draufsicht; 5 : the in 4 illustrated flow guide in plan view;

6: eine Prinzipdarstellung von benachbarten, um eine halbe Wellenlänge axial zueinander versetzt angeordneten Strömungsleitern; 6 a schematic representation of adjacent, by half a wavelength axially offset from each other axially arranged flow conductors;

7: eine Prinzipdarstellung von benachbarten Strömungsleitern mit unterschiedlicher Wellenlänge; 7 a schematic representation of adjacent flow conductors with different wavelengths;

8: eine Prinzipdarstellung einer Anordnung von Strömungsleitern mit einem Wellenebenenwinkel β = 45°; 8th : a schematic representation of an arrangement of flow conductors with a wave plane angle β = 45 °;

9: ein Halbzeug zur Herstellung von Strömungsleitern; 9 : a semi-finished product for the production of flow conductors;

10 einen vergrößerten Teilausschnitt der Durchströmungseinrichtung in 1; 10 an enlarged partial section of the flow device in 1 ;

11 eine vergrößerte Darstellung eines einer Verbrennungszone des Porenbrenners zugewandten Kanalaustrittsabschnitt des in 4 dargestellten Strömungskanals; 11 an enlarged view of a combustion zone of the pore burner facing the channel exit portion of in 4 illustrated flow channel;

12 einen Kanalübergangsabschnitt des in 4 dargestellten Strömungskanals; 12 a channel transition section of in 4 illustrated flow channel;

13 einen Kanalmittelabschnitt des in 4 dargestellten Strömungskanals. 13 a channel center portion of the in 4 shown flow channel.

1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Porenbrenners 10 mit einer auf einer Anströmseite einer Verbrennungszone 11 angeordneten, hier als Flammensperre fungierenden Durchströmungseinrichtung 12. 1 shows the basic structure of a pore burner 10 with an upstream side of a combustion zone 11 arranged, acting here as a flame arrester flow device 12 ,

Die Durchströmungseinrichtung 12 weist eine Vielzahl von einem Durchströmungskörper 16 ausgebildeten Strömungskanälen 13 auf, die eine Anströmseite 14 mit einer Ausströmseite 15 des Durchströmungskörpers 16 verbinden. Abweichend von der tatsächlich wesentlich größeren Verteilungsdichte der Strömungskanäle 13 sind zum Zwecke der schematischen Darstellung in 1 lediglich einige wenige Strömungskanäle 13 in einem tatsächlich nicht zutreffenden Größenverhältnis dargestellt.The flow device 12 has a plurality of a flow body 16 trained flow channels 13 on, the one inflow side 14 with a discharge side 15 the flow body 16 connect. Deviating from the actually much larger distribution density of the flow channels 13 are for the purpose of schematic illustration in 1 only a few flow channels 13 represented in an actually incorrect size ratio.

2 zeigt den Porenbrenner 10 in isometrischer Darstellung mit einem die Verbrennungszone 11 ausbildenden Porenkörper 30, der aus einer Mehrzahl von übereinander angeordneten Strömungsleiteinrichtungen 31 gebildet ist. 2 shows the pore burner 10 in isometric view with a combustion zone 11 forming pore body 30 consisting of a plurality of superposed Strömungsleiteinrichtungen 31 is formed.

3 zeigt eine einzelne Strömungsleiteinrichtung 31, die in der dargestellten Ausführungsform eine Mehrzahl nebeneinander angeordneter Strömungsleiter 32 aufweist, die jeweils mit ihren axialen Ende 33, 34 an Rahmenleisten 35 eines die Strömungsleiter 32 umgebenden Rahmens 36 fixiert sind. 3 shows a single flow guide 31 in the illustrated embodiment, a plurality of juxtaposed flow conductors 32 has, each with its axial end 33 . 34 on frame borders 35 one the flow conductor 32 surrounding frame 36 are fixed.

In den 4 und 5 ist ein Längsabschnitt eines Strömungsleiters 32 in Seitenansicht (4) und in Draufsicht (5) dargestellt. Wie aus einer Zusammenschau der 3 bis 5 ersichtlich, sind die Strömungsleiter 32 als wellenförmige Streifen ausgebildet mit alternierend einander nachfolgend angeordneten Wellentälern 38 und Wellenbergen 39. Die Wellenberge 39 weisen jeweils einen in 4 mit strichliniertem Linienverlauf angedeuteten Wellenkamm 40 auf, der gegenüber einer in 2 angedeuteten Durchströmungsachse 41 des Porenkörpers 30 um einen Wellenwinkel α geneigt ist.In the 4 and 5 is a longitudinal section of a flow conductor 32 in side view ( 4 ) and in plan view ( 5 ). As if from a synopsis of 3 to 5 As can be seen, the flow conductors 32 as wavy strips formed with alternately successively arranged wave troughs 38 and wave mountains 39 , The wave mountains 39 each have a in 4 indicated by dashed line curve wave crest 40 on, facing a in 2 indicated flow axis 41 of the pore body 30 is inclined by a shaft angle α.

Aufgrund der nebeneinander liegenden Anordnung der Strömungsleiter 32 und einer in axialer Richtung, also innerhalb einer Durchströmungsebene 42 (2) der Strömungsleiteinrichtung 31 zueinander versetzten Anordnung benachbarter Strömungsleiter 32, derart, dass, wie insbesondere in 6 schematisch dargestellt, die Strömungsleiter 32 um eine halbe Wellenlänge 1/2 axial zueinander versetzt angeordnet sind, liegen jeweils ein Wellental 38 und ein Wellenberg 39 der Strömungsleiter 32 in Kontaktbereichen 43 einander gegenüber.Due to the juxtaposition of the flow conductor 32 and one in the axial direction, ie within a flow plane 42 ( 2 ) of the flow guide 31 staggered arrangement of adjacent flow conductors 32 , such that, in particular in 6 shown schematically, the flow conductor 32 are offset by half a wavelength 1/2 axially to each other, each lie a trough 38 and a wave mountain 39 the flow conductor 32 in contact areas 43 opposite each other.

In den Kontaktbereichen 43 sind die benachbarten Strömungsleiter 32 miteinander kontaktiert bzw. verbunden, sodass jeweils durch die nebeneinander liegende Anordnung eines Wellentals 38 und eines Wellenbergs 39 der Strömungsleiter 32 Durchströmungsporen 44 in der Strömungsleiteinrichtung 31 ausgebildet sind.In the contact areas 43 are the adjacent flow conductors 32 contacted or connected to each other, so that in each case by the juxtaposition of a wave trough 38 and a wave mountain 39 the flow conductor 32 By flow pore 44 in the flow guide 31 are formed.

7 zeigt eine alternative Ausgestaltung von Durchströmungsporen 45, die ausgebildet werden, wenn ein Strömungsleiter 32 mit der Wellenlänge l und ein Strömungsleiter 46 mit einer Wellenlänge 2 l miteinander kombiniert werden. 7 shows an alternative embodiment of flow pores 45 which are formed when a flow conductor 32 with the wavelength l and a flow conductor 46 be combined with a wavelength of 2 l each other.

8 zeigt in einer Prinzipdarstellung eine von der Anordnung der Strömungsleiter 32 in der Strömungsleiteinrichtung 31, so wie in 3 dargestellt, abweichende Anordnung von Strömungsleitern 46, die mit ihrer Wellenebene 55 abweichend von einer Wellenebene 47 der Strömungsleiter 32, die im Wesentlichen senkrecht zur Durchströmungsebene 42 angeordnet sind (2), um einen Wellenebenenwinkel β gegenüber der Durchströmungsebene 42 geneigt sind. 8th shows a schematic representation of one of the arrangement of the flow conductor 32 in the flow guide 31 , as in 3 shown, different arrangement of flow conductors 46 with their wave plane 55 deviating from a wave plane 47 the flow conductor 32 which is substantially perpendicular to the flow plane 42 are arranged ( 2 ) to a wave plane angle β with respect to the flow plane 42 are inclined.

9 zeigt ein Halbzeug 48, das zur Herstellung der in 3 dargestellten Strömungsleiter 32 dient, wobei das Halbzeug 48 im vorliegenden Fall ein biaxial orientiertes Kohlenstofffasergewebe 49 mit Filamenten aufweist, die in 0°-Orientierung und in 90°-Orientierung parallel zu Querkanten 50 und Längskanten 51 von Formplatten 52, 53 einer Gesenkform 54 verlaufen, die zur Ausbildung der Wellenform in dem Halbzeug 48 dienen. Das Halbzeug 48 weist das Kohlenstofffasergewebe 49 in einer ausgehärteten Bindermatrix auf, die beispielsweise aus einem Phenolharz gebildet sein kann. 9 shows a semi-finished product 48 , which is used to manufacture the in 3 illustrated flow conductor 32 serves, with the semi-finished product 48 in the present Case a biaxially oriented carbon fiber fabric 49 with filaments oriented in 0 ° orientation and in 90 ° orientation parallel to transverse edges 50 and longitudinal edges 51 of mold plates 52 . 53 a swaging mold 54 extend to the formation of the waveform in the semifinished product 48 serve. The semi-finished product 48 indicates the carbon fiber fabric 49 in a cured binder matrix, which may be formed, for example, from a phenolic resin.

Aus dem Halbzeug 48 werden zur Herstellung der Strömungsleiter 32, wie in 9 durch Trennlinien 56 angedeutet, wellenförmige Streifen 57 geschnitten, die in dem aus Rahmenleisten 35 aus einem CFC-Material hergestellten Rahmen 36 angeordnet werden.From the semifinished product 48 be used to make the flow conductor 32 , as in 9 through dividing lines 56 indicated, wavy stripes 57 cut in the out of frame borders 35 Frame made of a CFC material 36 to be ordered.

Nachfolgend der Anordnung der Streifen 57 in dem Rahmen 36 erfolgt zur Ausbildung der Strömungsleiter 32 die Aufbringung einer Siliziumcarbid-Beschichtung 58 auf den Rahmen 36 und die Streifen 57, wobei die Siliziumcarbid-Beschichtung 58 vorzugsweise nicht nur zur Ausbildung der Strömungsleiter 32 und Beschichtung des Rahmens 36 dient, sondern darüber hinaus auch zur Verbindung der axialen Enden 33, 34 der Strömungsleiter 32 mit den Rahmenleisten 35 des Rahmens 36.Following the arrangement of the strips 57 in the frame 36 takes place to form the flow conductor 32 the application of a silicon carbide coating 58 on the frame 36 and the stripes 57 where the silicon carbide coating 58 preferably not only for the formation of the flow conductors 32 and coating the frame 36 serves, but also for connecting the axial ends 33 . 34 the flow conductor 32 with the frame strips 35 of the frame 36 ,

10 zeigt eine vergrößerte Querschnittsdarstellung der in 1 dargestellten Durchströmungseinrichtung 12 mit dem Durchströmungskörper 16, der einen Faserfilz 7 aufweist, der im vorliegenden Fall durch Karbonisierung von Polyacrylnitril(PAN)-Fasern gebildete Kohlenstofffasern 18 aufweist. Zur Herstellung des in 10 beispielhaft dargestellten Durchströmungskörpers 16 wird zunächst auf Basis der Polyacrylnitril(PAN)-Fasern auf bekannte Art und Weise ein Faserfilz hergestellt, der zusätzlich zur Stabilisierung mit einem beispielsweise als Phenolharz ausgebildeten Bindemittel versehen sein kann und ggf. nach hinreichender Aushärtung des Bindemittels in einem Wasserstrahlschneidverfahren zur Ausbildung der Strömungskanäle 13 bearbeitet wird. Die in dem Wasserstrahlschneidverfahren hergestellten Strömungskanäle 13 weisen einen Durchmesser d₁ auf, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel 1,2 mm beträgt. 10 shows an enlarged cross-sectional view of the in 1 illustrated flow device 12 with the flow body 16 who felt a fiber 7 comprising the carbon fibers formed in the present case by carbonization of polyacrylonitrile (PAN) fibers 18 having. For the production of in 10 exemplified flow body 16 is first prepared on the basis of polyacrylonitrile (PAN) fibers in a known manner, a fiber felt, which may be provided in addition to the stabilization with a trained example as phenolic binder and, where appropriate after sufficient curing of the binder in a water jet cutting process to form the flow channels 13 is processed. The flow channels made in the waterjet cutting process 13 have a diameter d ₁ , which is 1.2 mm in the illustrated embodiment.

10 zeigt den Durchströmungskörper 16 nachfolgend einer Karbonisierung mit den zu Kohlenstofffasern 18 umgewandelten PAN-Fasern. 10 shows the flow body 16 following a carbonization with the carbon fibers 18 converted PAN fibers.

Weiterhin zeigt 10 den Durchströmungskörper 16 nachfolgend einer Beschichtung mit Siliziumcarbid, sodass der in 10 dargestellte Durchströmungskörper 16, wie aus den vergrößerten Abschnittsdarstellungen des Strömungskanals 13 in den 11 bis 13 hervorgeht, eine Siliziumcarbid-Beschichtung 19 aufweist.Further shows 10 the flow body 16 following a coating with silicon carbide, so that the in 10 illustrated flow body 16 as shown in the enlarged section illustrations of the flow channel 13 in the 11 to 13 indicates a silicon carbide coating 19 having.

Die 11, 12 und 13 zeigen den Strömungskanal 13 in unterschiedlichen Abschnitten längs einer Strömungsachse 27, wobei 11 einen Kanalaustrittsabschnitt 20 des Strömungskanals 13 auf der Ausströmseite 15 des Durchströmungskörpers 16 darstellt, die 12 einen Kanalübergangsabschnitt 21 darstellt und die 13 einen Kanalmittelabschnitt 22 darstellt.The 11 . 12 and 13 show the flow channel 13 in different sections along a flow axis 27 , in which 11 a channel exit section 20 of the flow channel 13 on the outflow side 15 the flow body 16 that represents 12 a channel transition section 21 represents and the 13 a channel center section 22 represents.

Die Ausführung der Siliziumcarbid-Beschichtung 19 des Durchströmungskörpers 16 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in mehreren Phasen erfolgt, wobei zunächst zur Ausbildung einer ersten Beschichtungslage 24 eine Beschichtung der Kohlenstofffasern 18 des Faserfilzes 17 mit Siliziumcarbid in einem CVI-Verfahren erfolgt ist, sodass aufgrund der Infiltration mit Siliziumcarbid eine große Eindringtiefe erreicht wird, mit der Folge, dass sich das Siliziumcarbid sowohl im Inneren des Durchströmungskörpers 16 abseits der Strömungskanäle 13 als auch an den eine Kanalwandung 23 ausbildenden Kohlenstofffasern 18 abscheidet, wie insbesondere in 13 zu erkennen ist.The execution of the silicon carbide coating 19 the flow body 16 is in the illustrated embodiment in several phases, initially to form a first coating layer 24 a coating of carbon fibers 18 of fiber felt 17 With silicon carbide in a CVI process is done so that due to the infiltration of silicon carbide, a large penetration depth is achieved, with the result that the silicon carbide both in the interior of the flow body 16 away from the flow channels 13 as well as to the one channel wall 23 forming carbon fibers 18 separates, in particular in 13 can be seen.

Zusätzlich zu der ersten im CVI-Verfahren hergestellten Beschichtungslage 24 weist der Durchströmungskörper 16 eine weitere Beschichtungslage 25 auf, die ebenfalls durch eine Abscheidung von Siliziumcarbid aus der Dampfphase erfolgt, wobei hier jedoch die Parameter der Dampfphasenabscheidung so gewählt sind, dass die Abscheidung der Beschichtungslage 25 im CVD-Verfahren erfolgt, also nicht die Eindringtiefe wie bei der Infiltration mit Siliziumcarbid (CVI) erreicht wird, sondern vielmehr die Beschichtungslage 25 auf der Oberfläche des Durchströmungskörpers 16 ausgebildet wird, mit der Folge, dass die Beschichtungslage 25 eine sowohl von der Anströmseite 14 als auch von der Ausströmseite 15 in Richtung des Kanalmittelabschnitts 22 abnehmende Beschichtungsstärke aufweist.In addition to the first CVI coating layer 24 has the flow body 16 another coating layer 25 on, which also takes place by a deposition of silicon carbide from the vapor phase, but here the parameters of the vapor deposition are chosen so that the deposition of the coating layer 25 In the CVD method, that is, not the penetration depth as in the infiltration with silicon carbide (CVI) is achieved, but rather the coating layer 25 on the surface of the flow body 16 is formed, with the result that the coating layer 25 one from both the upstream side 14 as well as from the outflow side 15 in the direction of the channel middle section 22 having decreasing coating thickness.

11 zeigt deutlich, dass die Siliziumcarbid-Beschichtung 19 insbesondere im Bereich eines Strömungskanalaustrittsrands 26 des Kanalaustrittsabschnitts 20 eine vergleichsweise größere Beschichtungsstärke als im Bereich des Kanalübergangsabschnitts 21 zwischen dem Kanalaustrittsabschnitt 20 und dem Kanalmittelabschnitt 22 aufweist. 11 clearly shows that the silicon carbide coating 19 in particular in the region of a flow channel outlet edge 26 of the channel exit section 20 a comparatively larger coating thickness than in the region of the channel transition section 21 between the channel exit section 20 and the channel center section 22 having.

Aufgrund der Siliziumcarbid-Beschichtung 19 im Kanalaustrittsabschnitt 20, die im Fall des dargestellten Ausführungsbeispiels eine Schichtstärke von etwa 200 μm aufweist, ist der Kanalquerschnitt von ursprünglich d₁ ist gleich 1,2 mm auf d₂ ist gleich 0,8 mm reduziert. Die Anzahl und Art der durchgeführten Beschichtungsgänge, als CVI oder CVD, können so gewählt werden, dass ausgehend von dem ursprünglichen Durchmesser der Strömungskanäle 13 der Durchmesser durch Aufbringung der Siliziumcarbid-Beschichtung 19 auf den gewünschten Durchmesser eingestellt werden kann.Due to the silicon carbide coating 19 in the channel exit section 20 , which in the case of the illustrated embodiment has a layer thickness of about 200 microns, is the channel cross-section of originally d ₁ is equal to 1.2 mm on d ₂ is equal to 0.8 mm reduced. The number and type of coating operations carried out, as CVI or CVD, can be chosen so that starting from the original diameter of the flow channels 13 the diameter by applying the Silicon carbide coating 19 can be adjusted to the desired diameter.

Im vorliegenden Fall wurde ein kombiniertes CVI-CVD-Beschichtungsverfahren gewählt mit sieben aufeinander folgenden Beschichtungsgängen im CVI-Verfahren und drei daran anschließenden Beschichtungsgängen im CVD-Verfahren.In the present case, a combined CVI-CVD coating process was selected with seven consecutive CVI coating runs and three subsequent CVD coating runs.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1693618 B1 [0004]

Claims

Porous body ( 30 ), in particular for use as a combustion zone ( 11 ) of a pore burner ( 10 ), with a plurality in the direction of a flow axis ( 41 ) of the pores flowing through the gas flow superposed Strömungsleiteinrichtungen ( 31 ), each in a transversely arranged to the flow axis throughflow ( 42 ) arranged side by side, designed as a wave-shaped strip flow conductor ( 32 ), wherein the flow conductors have a carbon fiber reinforcement provided with a silicon carbide structure, characterized in that the flow conductors for the formation of flow pores ( 44 . 45 ) of the flow guide are contacted with each other.

Porous body according to claim 1, characterized in that the flow conductors for the formation of flow pores ( 44 . 45 ) of the flow guide are interconnected.

Porous body according to claim 1 or 2, characterized in that the flow conductors ( 32 ) have a wave angle α, below the wave crests ( 40 ) the flow conductor with respect to the flow axis ( 41 ) are inclined.

Porous body according to one of claims 1 to 3, characterized in that wave planes ( 55 ) the flow conductor ( 32 ) perpendicular to the flow plane ( 42 ) are arranged.

Porous body according to one of claims 1 to 3, characterized in that wave planes of the flow conductors at a wave plane angle β to the flow plane ( 42 ) are arranged inclined.

Porous body according to one of the preceding claims, characterized in that adjacent flow conductors ( 32 ), which have a matching wavelength l, are contacted and / or connected by half a wavelength 1/2 axially offset from one another, such that in each case a wave trough (FIG. 38 ) of a flow conductor with a wave crest ( 39 ) of the other flow conductor is contacted and / or connected.

Porous body according to one of the preceding claims, characterized in that the flow conductors ( 32 ) of the flow guiding device ( 31 ) in a framework ( 36 ) are arranged such that the flow conductors at their axial ends ( 33 . 34 ) are connected to the frame.

Porous body according to one of the preceding claims, characterized in that the flow conductors ( 32 ) to form the carbon fiber reinforcement strip-shaped blanks of a carbon fiber fabric or a carbon fiber fabric.

Porous body according to claim 8, characterized in that the carbon fiber layer has an open gusset structure formed in a clutch plane through holes.

Porous body according to one of claims 7 to 9, characterized in that the frame ( 36 ) is formed of a CFC structure with silicon carbide coating.

Porous body according to one of the preceding claims, characterized in that the flow-guiding device ( 31 ) to form the silicon carbide structure, a silicon carbide coating ( 58 ) applied to a carbon fiber reinforcement-containing CFC structure.

Porous body according to claim 11, characterized in that the silicon carbide coating ( 58 ) is formed by deposition of silicon carbide from the gas phase.

Porous body according to claim 12, characterized in that the silicon carbide coating ( 58 ) is applied in a CVI or CVD process.

Porous body according to one of the preceding claims, characterized in that to form a combustion zone ( 11 ) of a pore burner ( 10 ) a plurality of flow guiding devices ( 31 ) each having a plurality of adjacently arranged flow conductors ( 32 ) are arranged one above the other in such a way that the shaft angles α of two superimposed flow guiding devices are different.

Porous body according to one of the preceding claims, characterized in that to form a combustion zone ( 11 ) of a pore burner ( 10 ) a plurality of flow guiding devices ( 31 ) each having a plurality of adjacently arranged flow conductors ( 32 ) are arranged on one another in such a way that the wave plane angles β of two superimposed flow guiding devices are different.

Porous body according to claim 14, characterized in that the shaft angle α two superposed Strömungsleiteinrichtungen ( 31 ) are the same.

Porous body according to claim 15, characterized in that the wave plane angle β of two superimposed flow guiding devices ( 31 ) are the same

Porous body according to one of the preceding claims, characterized in that the flow conductors ( 32 ) of the superposed Strömungsleiteinrichtungen ( 31 ) at their opposite longitudinal edges ( 61 ) are contacted and / or connected to each other.

Porous body according to claim any of claims 7 to 18, characterized in that superimposed flow guiding devices ( 31 ) along its frame ( 36 ) are interconnected.

Porous body according to one of the preceding claims, characterized in that the connection of superposed Strömungsleiteinrichtungen ( 31 ) by means of the silicon carbide coating ( 58 ) is trained.

Pore burner ( 10 ) with one of a porous body ( 30 ) according to one or more of claims 1 to 20 formed combustion zone ( 11 ), the on a combustion gas in the combustion zone introductory flow device ( 12 ) is arranged.

Pore burner according to claim 21, characterized in that the flow-through device ( 12 ) one with flow channels ( 13 ) provided flow body ( 16 having silicon carbide and a carbon fiber reinforcement, wherein the carbon fiber reinforcement as fiber felt ( 17 ) formed with a silicon carbide coating ( 19 ) is provided.

Pore burner according to claim 22, characterized in that in the fiber felt ( 17 ) formed flow channels ( 13 ) a rectilinear flow axis ( 27 ) exhibit.

Pore burner according to claim 22 or 23, characterized in that the diameter of the flow channels ( 13 ) through the thickness of a channel wall ( 23 ) of the flow channels applied silicon carbide coating ( 19 ) is determined.

Pore burner according to one of claims 22 to 24, characterized in that the silicon carbide coating ( 19 ) is applied in the CVI or CVD method.

Pore burner according to one of claims 22 to 25, characterized in that the silicon carbide coating ( 19 ) is multi-layered.

Pore burner according to claim 26, characterized in that the silicon carbide coating ( 19 ) one in the CVI process on the carbon fibers ( 18 ) of the fiber felt ( 17 ) deposited first coating layer ( 24 ) and at least one second coating layer deposited on the first coating layer by the CVD method ( 25 ) having.

Pore burner according to one of claims 22 to 27, characterized in that between the silicon carbide coating ( 19 ) and the carbon fibers ( 18 ) is formed a Pyrokohlenstoffschicht.

Pore burner according to one of claims 22 to 28, characterized in that the flow channels ( 13 ) one along the flow axis ( 27 ) have changing cross-section.

Pore burner according to claim 29, characterized in that the flow channels ( 13 ) have a conical longitudinal section.

Pore burner according to one of claims 22 to 30, characterized in that the ratio of the through the entirety of the flow channels ( 13 ) defined by a through the surface of the flow body ( 16 ) defined inflow surface ( 14 ) is between 0.1% and 5%.

Pore burner according to claim 31, characterized in that the ratio of the flow area to the inflow surface ( 14 ) Is 2% to 4%.