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Flammenloser Strahlungsbrenner mit einer Strahlungen, insbesondere
Infrarotstrahlen, aussendenden Oberfläche Die Erfindung bezieht sich auf Strahlungsbrenner,
denen das zur Verbrennung bestimmte Gemisch aus Brenngas oder -dampf und atmosphärischer
Luft z. B. mittels eines bunsenbrennerartigenDüsensystems zugeführt wird. Die Verbrennung
solcher Gemische erfolgte bisher in der Regel in keramischen, mit einer großen Zahl
enger Durchgangskanäle versehenen Brennerplatten. Das Verhältnis der Gemischgeschwindigkeit
zur Zündgeschwindigkeit wird hierbei so gewählt, daß die Verbrennung in den Kanälen
nahe der äußeren Plattenoberfläche vor sich geht. Letztere kommt dadurch in starkes
Glühen (800 bis 900° C), wobei sich auch außerhalb der Oberfläche ein mehr oder
minder starker Flammenschleier ausbildet.
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Derartige Brennerplatten neigen, wie allgemein bekannt, zu Rückschlägen
in die Gemischkammer. Dadurch verstopfen sich die engen Kanäle leicht, und der Gemischdurchgang
wird behindert. Außerdem entwickeln sich infolge unvollkommener Verbrennung gesundheitsgefährende
Kohlenoxydgase, die mit den Abgasen in in den Raum gelangen. Ferner besteht bei
den glühenden Keramikplatten immer eine gewisse Feuersgefahr. Sie können daher in
Brand- und explosionsgefährdeten Räumen nicht verwendet werden.
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Da die engen Plattenkanäle der Gemischströmung großen Widerstand entgegensetzen,
bildet sich in der Gemischkammer ein hoher Überdruck aus. Es müssen daher die Platten
sorgfältig in Fassungen eingekittet werden, um Gasverluste zu verhindern. Auch treten
leicht Dehnungsrisse in den starren Platten auf. Diese müssen daher in eine Anzahl
kleiner Plättchen unterteilt werden, die man wiederum durch Kitt abdichten muß.
Der Auf- und Einbau solcher Glühplatten ist also recht umständlich und bietet in
der Praxis oft zu Störungen Veranlassung.
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Gemäß der Erfindung wird zur Vermeidung dieser Nachteile der Glühkörper
des Strahlungsbrenners aus einer oder mehreren Schichten von filzartig oder vliesartig
aufgebautem lockerem Quarzfasergemenge ausgeführt. Bei dem Quarzfasergemenge handelt
es sich um. ein Gebilde, das von den Herstellern als »Vlies« bezeichnet wird und
aus feinsten Quarzfasern angefertigt ist und einen lockeren, filzartigen Aufbau
besitzt. Es besteht aus ausgebreiteten, im Zusammenhang eine lose Schicht bildenden
feinsten Fasern aus Quarz von sehr geringer Wärmeleitfähigkeit.
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Bei dem erfindungsgemäßen Strahlungsbrenner wird von der durch Versuche
bestätigten Erkenntnis ausgegangen, daß ein. derartiges Quarzfasergemenge beim Hindurchstreichen
eines Gemisches aus Brenngasen oder -dämpfen mit Luft von atmosphärischem Druck
nach der Zündung stark erglühen und dabei eine Teilmenge des Gemisches verbrennen,
während ein Restteil des Gemisches über der Faserschicht unter Bildung einer sichtbaren
überschußflamme zur Verbrennung gelangt. Um diese Restflamme zum Verschwinden zu
bringen, kann ferner erfindungsgemäß auf dem Quarzfasergemenge eine zweite Schicht
eines Quarzfasergemenges angeordnet sein, die in an sich bekannter Weise mit einem
Verbrennungskatalysator, z. B. Platin, Kobalt oder anderen katalytischen Stoffen,
versetzt ist. Die von der ersten Schicht auf die zweite Schicht übertragene große
Hitze bewirkt eine sehr heftige katalytische Reaktion auf das aus der ersten Schicht
übertretende Restgemisch, das infolgedessen unter vollständigem Verschwinden jeder
Flammenerscheinung total und absolut geruchlos zu Wasserdampf und Kohlendioxyd verbrannt
wird, ohne daß sich merkbare Spuren von Kohlenoxyd entwickeln. Voraussetzung ist
jedoch hierbei, daß die Menge der Quarzfasern hinreichend groß ist, um alle Restgase
oder -dämpfe völlig verbrennen zu können.
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Es sind bisher nur wenige in hinreichend feinfaseriger Struktur erzeugbare
Stoffe mit den obengenannten Eigenschaften neben Quarz bekannt. Gegebenenfalls kommt
noch Quarz mit einem Zusatz von schwerschmelzbarem Glas in Frage. Die Wärmeleitfähigkeit
von Quarz-Feinfaser ist außerordentlich gering. Letztere ist ferner hitzebeständig
bis über
1000° C und hält daher die mit Bunsenbrennern erreichbaren
Gemischtemperaturen im Dauerbetrieb ohne weiteres aus.
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Um die Infrarotstrahlung des Strahlungsbrenners mit günstigsten Emissionsverhältnissen
zu erreichen, ist es zweckmäßig, aber nicht immer erforderlich, dem Quarzschmelzfluß
geeignete Stoffe zuzusetzen, um den Quarzfasergemengen eine Dunkelfärbung zu geben,
so daß sich die Strahlungsverhältnisse denen des schwarzen Strahlungskörpers nähern
Der erfindungsgemäße Strahlungsbrenner unterscheidet sich von Strahlungsbrennern
mit einer Keramikplatte dadurch wesentlich, daß brennbare Gemische bei der Berührung
mit den hochglühenden Quarz-Feinstfasern nicht zur Entfiammung gebracht werden können.
Die neuen Strahlungsbrenner lassen sich daher ohne weiteres auch für Brand- und
explosionsgefährdete Räume verwenden. Weder Stadtgas, Propangas, Butangas, Methangas
noch Benzol-Benzin-Spiritus-Lacklösungsdämpfe usw. entflammen bei Berührung mit
dem glühenden Vlies, ganz gleich in welchem Mischungsverhältnis diese Gase oder
Dämpfe sich mit atmosphärischer Luft befinden.
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Das Quarzfasergemenge wird zweckmäßig auf eine dünne, gasdurchlässige
und dem Gemischdurchgang keinen nennenswerten Widerstand bietende Schicht aus einem
hitzebeständigen Fasermaterial gelegt, die zwischen zwei Metalldrahtgeflechte gepackt
ist. Diese Unterlage ruht zweckmäßig auf einem grobmaschigen starken Drahtgewebe.
Ein Gehäuse aus Gußeisen oder gepreßtem Blech od. dgl. bildet die bekannte Gemischkammer,
in die der bunsenbrennartige Luftinjektor das Gemisch hineinbefördert.
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Das Quarzfasergemenge wird an der Oberfläche durch ein weitmaschiges
Gitter aus hochhitzebeständigem Draht von geringer Stärke festgehalten. Ein Abdichten
durch Verkitten des Umfanges ist infolge des kaum merklichen Druckunterschiedes
bei der an sich geringen Schichtstärke überflüssig. Die Vorteile der Erfindung sind
im Vergleich zu den bekannten Keramikplatten-Brennem nachfolgend kurz zusammengefaßt:
1. Absolute Rückschlagsicherheit, da das in den Brenner eintretende Gemisch im Gegensatz
zu den Plattenbrennern an den glühenden Quarzfasern nicht von selbst gezündet wird.
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2. Gegen die glühende Schicht gerichtete Luftströme vermögen den Brenner
nicht auszulöschen oder die Wärmestrahlung ungünstig zu beeinflussen oder einen
Rückschlag hervorzurufen.
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3. Die Gemischmenge oder Wärmeleistung kann so weit gedrosselt werden,
bis an den Luftöffnungen des Bunsenbrenners Gemisch austritt, d. i. eine Drosselung
des Brenners bis etwa auf ein Zehntel der maximalen Wärmeleistung.
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4. Die Inbetriebnahme läßt sich nicht nur durch Zündung des aus der
kalten Schicht austretenden Gemisches in wenigen Sekunden ermöglichen, sondern es
kann auch im Gegensatz zu den Keramikbrennern ohne jede Flamme in Betrieb gesetzt
werden. Zu diesem Zweck wird in die Quarzfasermasse ein geeigneter Heizdrahtwiderstand
eingebettet und mit einer Schwachstromquelle verbunden. Der katalytisch belegte
Teil der Quarzfasern gelangt infolge der geringen Masse bereits bei schwacher Heizdrahterwärmung
zum Erglühen. Der Heizstrom kann nach wenigen Sekunden ausgeschaltet werden, da
sich die Glut mit großer Geschwindigkeit durch die ganze Masse der Quarzfaserschicht
ausbreitet.
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5. Der kaum meßbare Durchgangswiderstand für das Gemisch gestattet
dem Bunsenbrenner, eine so große Luftmenge anzusaugen, wie dies bei gasdurchströmten
Plattenbrennern niemals der Fall sein kann.
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In den Abb. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel des neuen Strahlungsbrenners
im Schnitt bzw. in einer Ansicht senkrecht hierzu dargestellt, und zwar für den
Betrieb mit einem Brenngas-Luft-Gemisch, während die Schemazeichnung Abb. 3 einen
Strahlungsbrenner in Verbindung mit einer Verdampfungskammer für flüssige Brennstoffe,
wie Benzin, Benzol, Spiritus u. dgl., wiedergibt.
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Das elastische Quarzfasergemenge von rechteckiger Form (vgl. Abb.
1 und 2) besteht aus den zwei einander berührenden Schichten 1 und 2, von denen
die obere Sicht 2 mit dem Katalysator belegt ist. Die erforderliche Unterlage des
elastischen Quarzfasergemenges besteht aus der dünnen Schicht 3 eines geeigneten
Faserstoffes, der zwischen den zwei feinmaschigen Metallgeweben 4 eingepackt ist.
Auf dem starren Drahtgeflecht 5 liegt das ganze Schichtsystem. Zur Vereinfachung
der Herstellung kann auch an Stelle der beiden Einzelschichten 1 und 2 eine gemeinsame
Schicht von entsprechend größerer Dicke verwendet werden, die einheitlich mit dem
Katalysator belegt ist.
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An einem Rahmen 6 sind in Löchern 7 dünne hochhitzbeständige Drähte
S eingefädelt, so daß sie ein die Schichten festhaltendes Gitter bilden. Über das
Ganze kann erforderlichenfalls ein punktiert angedeuteter Schutzkorb 9 aus grobem,
weitmaschigem Drahtgeflecht angeordnet sein. Der Bunsenbrenner mit Brennstoffdüse
10, Luftansaugöffnungen 11 und Mischdüse 12 kann in das Gehäuse 13,
d. h. in die Gemischkammer mündend, eingesetzt sein, oder es kann ein gemeinsamer
Bunsenbrenner für eine bestimmte Anzahl Glühbrenner verwendet werden.
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Abb. 3 zeigt einen Strahlungsbrenner von runder Form, der in dem Gehäusering
12 eingesetzt ist und z. B. von einer Kochplatte 13 überdeckt sein kann.
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Der Gehäusering bildet zusammen mit dem oberen Boden eines Verdampfungsbehälters
15 für flüssige Brennstoffe die Gemischkammer, in der die Schichten 1, 2 des Quarzfasergemenges
eingesetzt sind. Die Betriebswärme des Strahlungsbrenners überträgt sich in bekannter
Weise auf den von Watte und Dochten aufgesaugten flüssigen Brennstoff im Behälter
15, der dann entsprechend verdampft und mit dem erforderlichen Überdruck als Dampf
der Brennstoffdüse des Bunsenbrenners zugeführt wird. Das darin erzeugte Luft-Dampf-Gemisch
gelangt dann über die Gemischkammer in die Schichten des Quarzfasergemenges. Zur
Inbetriebsetzung eines solchen Brenners kann in bekannter Weise mittels Luftpumpe
16 Gemisch durch Injektor und Schicht gedrückt und oberhalb der letzteren
gezündet werden. Nach dem Verschwinden der Flamme ist der Strahlungsbrenner in Betrieb.
Andere Ausführungen von Verdampfungsbehältern mit der Gemischkammer sind natürlich
möglich.