DE1186688B - Katalytische Zuendvorrichtung - Google Patents

Katalytische Zuendvorrichtung

Info

Publication number
DE1186688B
DE1186688B DER29650A DER0029650A DE1186688B DE 1186688 B DE1186688 B DE 1186688B DE R29650 A DER29650 A DE R29650A DE R0029650 A DER0029650 A DE R0029650A DE 1186688 B DE1186688 B DE 1186688B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
ignition device
flow channel
catalytic
foraminous
flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DER29650A
Other languages
English (en)
Inventor
Brian Toone
Frank Arkless
Allan Michael Barham
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce PLC
Original Assignee
Rolls Royce PLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rolls Royce PLC filed Critical Rolls Royce PLC
Publication of DE1186688B publication Critical patent/DE1186688B/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel

Description

  • Katalytische Zündvorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündvorrichtung für Brennstoff-Luft-Gemische in Triebwerken, insbesondere für Nachbrenner von Strahltriebwerken, mit einem Platin, Rhodium, eine Platin-Rhodium-Legierung oder ein anderes katalytisch wirkendes Metall enthaltenden, die Verbrennung des Brennstoffs erleichternden Katalysator, der in einem Körper aus feuerfestem Material untergebracht ist, welcher eine stromaufwärts weisende und eine stromabwärts weisende Stirnfläche hat und wenigstens eine Bohrung, die sich von der stromaufwärtsseitigen Stirnfläche zur stromabwärtsseitigen Stirnfläche erstreckt und einen Durchflußkanal bildet.
  • Zündvorrichtungen dieser Art sind bekannt. Unabhängig davon sind katalytische Gaszünder, etwa für Haushaltszwecke, bekannt. Diese weisen eine feuerfeste Masse auf, die mit einem katalytischen Material imprägniert ist. Die katalytische Aktivität der imprägnierten Masse ist nur relativ gering. Die imprägnierte Masse des vorbekannten Gaszünders weist einen Durchflußkanal auf, in dem eine Metallfolie angeordnet ist. Diese Metallfolie hat jedoch allein den Zweck, Wärme abzuleiten. Eine katalytische Wirkung hat sie nicht. Auch erstreckt sich die Metallfolie nicht quer zum Durchflußkanal, sondern in Längsrichtung des Durchflußkanals, was auch erforderlich ist, da sie keine Durchbrechungen aufweist. Gaszünder dieser Art sind als Zündvorrichtung für Brennstoff-Luft-Gemische in Triebwerken ungeeignet.
  • Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine wirkungsvolle katalytische Zündvorrichtung eingangs genannter Art anzugeben, die hinreichend mechanisch widerstandsfest ist, um denjenigen hohen Drücken und Temperaturen zu widerstehen, die in Triebwerken, insbesondere in Nachbrennern von Strahltriebwerken, auftreten.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Zündvorrichtung gekennzeichnet durch ein innerhalb des Durchflußkanals quer zum Durchflußkanal angeordnetes foraminöses Element aus dem katalytisch wirkenden Metall, dessen Dicke in Längsrichtung des Durchflußkanals weniger als 0,075 cm beträgt.
  • »Foraminös« bedeutet in diesem Zusammenhang »mit Poren versehen« oder »mit Durchbrechungen versehen«, so daß das Brennstoff-Luft-Gemisch im wesentlichen ungehindert durch das »foraminöse Element« hindurchtreten kann. Ein Beispiel für ein solches Element ist ein sehr feines Sieb oder eine Art Gaze aus dem katalytisch wirkenden Metall. Ein solches katalytisches Element ist an sich nicht ausreichend mechanisch fest, um lange den Drücken und Temperaturen - etwa in einem Nachbrenner -zu widerstehen. Es wird daher in dem feuerfesten Material untergebracht und von diesem abgestützt. Lange andauernde Versuche an verschiedenen Arten und körperlichen Ausbildungen von feuerfestem Material haben gezeigt, daß, wenn man die Lehre der Erfindung befolgt, hochwirksame Zündvorrichtungen langer Lebensdauer selbst unter den genannten erheblichen Beanspruchungen gewonnen werden.
  • Wenn im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und in den Ansprüchen von Brennstoff-Luft-Gemischen gesprochen wird, so ist doch zu berücksichtigen, daß diese nur stellvertretend für andere reaktionsfähige Gemische aus Brennstoff und einem die Verbrennung unterstützenden Gas stehen.
  • Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung kann das Brennstoff-Luft-Gemisch zur Zündung eine niedrigere Temperatur haben, als wenn bekannte Zündvorrichtungen verwendet werden. Ferner kann das Brennstoff-Luft-Verhältnis niedriger gehalten werden, als wenn bekannte Zündvorrichtungen verwendet werden.
  • Bevorzugt ist in einer erfindungsgemäßen Zündvorrichtung nur ein einziger Durchflußkanal vorgesehen. Ihre katalytische Wirkung ist dann in der Regel besser, als wenn eine Anzahl kleinerer Durchflußkanäle vorgesehen wird. Jedoch ist der Effekt der Flammenerosion bei nur einem Durchflußkanal viel größer, und es ist daher möglich, daß eine Zündvorrichtung mit nur einem Durchflußkanal weder optimale Lebensdauer noch optimale Aktivität hat. Im Fall eines einzigen weiten Durchlaßkanals ist dessen stromaufwärtsseitiger Teil bevorzugt durch parallele Seiten begrenzt und dessen stromabwärtsseitiger Teil entweder durch parallele Seiten oder auseinanderstrebende Seiten.
  • Das foraminöse Element kann aus Platingaze bestehen, die aus einem Draht mit einem Durchmesser zwischen 0,0125 cm und 0,075 cm gebildet ist, oder aus gestrecktem Blechmetall, in dem die Metallelemente eine Dicke zwischen 0,0125 und 0,075 cm haben. Platinlegierungen, die bis zu 40% Rhodium, Iridium, Ruthenium oder andere härtende Elemente enthalten, können benutzt werden, um eine längere Lebensdauer zu erhalten, ohne daß ein Verlust an katalytischer. Aktivität eintritt. Kornstabilisierte Legierungen, die einen Flüssigkeitsverlust auf Grund von Kornwachstum verhüten, sind ebenfalls geeignet. Rhodium ist im allgemeinen schwierig in ein foran-iinöses Element umzuwandeln. - Wird jedoch Rhodium benutzt, so kann es die Form einer Schicht auf dem ganzen foraminösen Element und der feuerfesten Masse haben. Rhodium führt zu einer etwas verbesserten katalytischen Aktivität im Vergleich zu Platin. Das Rhodium kann aus einer geeigneten rhodiumorganischen Verbindung niedergeschlagen werden, und zwar durch Zündung des Katalysators nach Eintauchen in eine Lösung der organischen Verbindung. Andererseits kann auch eine Schicht aus Rhodium auf ein foraminöses Platinelement durch normale Elektro-Plattierung aufgebracht werden.
  • Andere geeignete katalytische Metalle sind Osmium, Ruthenium und Palladium.
  • Um die Lebensdauer der Vorrichtung auszudehnen, kann diese einen konischen oder trapezförmigen Abschnitt statt eines von parallelen Seiten begrenzten Abschnittes aufweisen, so daß Gasdrücke, die auf die Vorrichtung wirken, diese in ihren Metallträger drücken und die Vibration der Vorrichtung in ihrer Halterung vermindert wird.
  • Bei Gasturbinen-Strahltriebwerken kann ein Nachbrenner vorgesehen sein. Die Vorrichtungen nach der Erfindung können vorteilhaft im Zusammenhang mit solchen Nachbrennern benutzt werden. In einem solchen Nachbrenner wird zweckmäßig eine Stabilisierungsrinne mit kanalförmigem, vorzugsweise V-förmigem Querschnitt vorgesehen, an der sich eine Reihe von erfindungsgemäßen Vorrichtungen in Abstand voneinander längs des Kanals befindet. Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen ragen durch den Boden des Kanals, so daß jeweils ein Ende der Durchflußkanäle außerhalb der Rinne liegt und das andere Ende in der Rinne mündet. Beispielsweise können neun Vorrichtungen rings einer Rinne in Ringform angeordnet sein. Wenn andererseits zwei oder mehr ringförmige Rinnen benutzt werden, so können die Vorrichtungen in die verbindenden Rinnen eingepaßt werden, die die Flamme von der einen Rinne zur anderen führen. In diesem Fall erwiesen sich drei erfindungsgemäße Vorrichtungen als ausreichend.
  • Einige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnungen beschrieben.
  • F i g. 1 zeigt einen Axialschnitt durch eine Ausführungsform der Vorrichtung; F i g. 2 zeigt einen Blick in Richtung des Pfeils 2 auf die Vorrichtung nach F i g. 1 in der Schnittlinie 1-1 der F i g. 1; F i g. 3 zeigt eine Ansicht eines Gasturbinen-Nachbrenners teilweise im Schnitt; F i g. 4 und 4 A zeigen eine andere Ausführungsform der Vorrichtung; F i g. 4 zeigt einen Schnitt nach Linie 4-4 der F i g. 4 A; F i g. 5, 5 A, 6, 6 A, 7, 7 A, 8, 8 A, 9, 9 A und 10, 10 A zeigen Ansichten entsprechend den F i g. 4 und 4 A von weiteren Ausführungsformen der Vorrichtung; F i g. 11 zeigt noch eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Axialschnitt; F i g. 11A, 11B, 11C und 11D zeigen die einzelnen Teile der Vorrichtung nach F i g. 11; F i g. 11 B zeigt die Vorrichtung in Blickrichtung des Pfeils B in F i g. 11 A; F i g. 12 zeigt eine abgeänderte Form eines foraminösen Elements; F i g. 13 zeigt eine andere abgeänderte Form des foraminösen Elements; F i g. 14 zeigt einen Axialschnitt einer anderen Vorrichtung nach der Erfindung; F i g. 14 A, 14 B, 14 C und 14 D zeigen Einzelteile der Vorrichtung nach F i g. 14; F i g. 14C zeigt den Teil nach F i g. 14B; F i g. 15 zeigt eine abgeänderte Vorrichtung nach F i g. 11 und F i g. 14.
  • Die Vorrichtung nach den F i g. 1 und 2 enthält eine Masse aus katalysiertem, porösem, hochdurchlässigem feuerfestem Material, beispielsweise eine Masse aus gebranntem Ziegel hoher Festigkeit, die in eine 10%ige Lösung von Chlorplatinsäure eingetaucht wurde, dann getrocknet und dann bei 850° C gezündet wurde (diese Behandlung kann, wenn gewünscht, wiederholt werden). Die Masse hat die Form von zwei zylindrischen keramischen Stopfen 10 und 11. Jeder Stopfen hat eine zentrale axiale Bohrung 10 a, 11 a von etwa 0,65 cm Durchmesser. Andere geeignete feuerfeste Materialien sind durchlässiges Aluminium, Silicium, Aluminiumsilicat oder andere feuerfeste Oxyde.
  • Die Vorrichtung enthält ferner ein foraminöses Element aus Platin, Rhodium oder Platin-Rhodium-Legierung. Dieses Element 12 ist ein flaches Stück, beispielsweise eine Scheibe aus Drahtgaze oder Streckmetall, das zwischen den beiden Stopfen 10 und 11 eingelegt ist und sich quer zu den Bohrungen 11 a, 10 a erstreckt.
  • Die Vorrichtung weist ferner ein nicht poröses napfförmiges Gehäuse 13 aus keramischem Material auf, in das das geschichtete Gebilde 10, 11, 12 einzementiert oder eingeklebt ist. Das Gehäuse 13 hat einen Boden in Form eines nach innen gerichteten Flansches 14, dessen Innenkanten eine Öffnung umgrenzen, die in Flucht mit den Bohrungen 10a und 11 a liegt und gleichen Durchmesser hat. Die Außenoberfläche des Flansches 14 hat eine kegelstumpfförmige Vertiefung 15, die sich in Stromrichtung erweitert.
  • Die Bohrungen 10 a, 11 a sind mit einer sehr dünnen Schicht 10 b dispergierten Platins bedeckt. Dies ist das Ergebnis des Eintauchens und Brennprozesses, der oben beschrieben wurde. Hierdurch ist ein Stromdurchlaß gebildet, der durch die Vorrichtung zu dem Element 12 verläuft und diesem das Brennstoff-Luft-Gemisch zuleitet.
  • Eine Anwendungsform einer solchen Vorrichtung ist in F i g. 3 dargestellt. In F i g. 3 ist schematisch ein Nachbrenner eines Gasturbinen-Strahltriebwerks dargestellt. Das Strahltriebwerk weist ein Strahlrohr 16 auf, das die Auspuffgase der Maschine einer Rückstoßdüse 17 zuführt. Der Nachbrenner besteht aus einem Ring von Injektoren 18, deren flüssiger Brennstoff von Leitungen 19 über Abzweigleitungen 19a zugeführt werden. Ferner ist ein Flammhalter 20 stromabwärts der Injektoren 18 angeordnet. Es ist wichtig, daß der Brennstoff den größten Teil des seitlichen Injektionsimpulses verloren hat, wenn er den Katalysator erreicht. Andernfalls würde die Zündung unerwünscht beeinflußt. Die Injektoren injizieren daher vorzugsweise den Brennstoff stromaufwärts, nicht unmittelbar stromabwärts auf die Katalysatoren.
  • Der Flammhalter 20 weist einen kanalförmigen Teil 21 mit V-förmigem Querschnitt auf, der als Ring ausgebildet ist. Der Ring hat einen mittleren Durchmesser, der etwa gleich dem Durchmesser des Kreises ist, auf dem die Injektoren liegen. Der Kanal 21 a weist stromaufwärts eine Reihe von Vorrichtungen 22 auf, die oben beschrieben wurden und weiter unten noch beschrieben werden; diese Vorrichtungen 22 sind unter gleichen Winkelabständen rund auf dem Teil 21 angeordnet. Beispielsweise liegt jeweils eine Vorrichtung 22 in einer Linie mit jedem Injektor 18. Wenn die Vorrichtungen 22, wie sie mit Hinweis auf die F i g. 1 und 2 beschrieben wurden, in den Teil 21 derart eingepaßt werden, daß sie einerseits stromaufwärts über den Teil 21 hinausragen und daß andererseits der Flansch 14 die stromabwärtsseitige Oberfläche bildet, so liegen die Stirnseiten der porösen Oberflächen der Vorrichtungen stromaufwärts. Der Flammhalter 20 ist an Streben 23 gehaltert.
  • Im Gebrauch strömt eine Mischung von Brennstoff und Turbinenabgasen, die eine erhöhte Temperatur aufweisen und die zu einem großen Anteil nicht verbrannten Sauerstoff enthalten, stromabwärts aus dem Bereich der Injektoren 18. Ein geringer Strom der Mischung läuft durch die Bohrungen 10a und 11a in die Umkehrzone, die durch den Kanal 21a erzeugt wird. Hierbei fließen diese Stromanteile über das foraminöse Element. Ferner tritt ein Teil der Mischung in die Poren der porösen, feuerfesten Masse ein. Der kombinierte Effekt der katalytischen Eigenschaft des Metalls und seiner Ausbildung als foraminöses Element ist es, die Zündung der Mischung zu bewirken. Die Flamme wird durch die Umkehrzone geleitet, und zwar in den Hauptanteil der Mischung, der durch das Strahlrohr fließt.
  • Die Zündzeit und die Temperatur der Mischung, unterhalb der eine spontane Zündung nicht eintritt, hängen von der Konstruktion der Vorrichtungen 22 und dem Brennstoff-Luft-Verhältnis ab. Mit einer Vorrichtung, wie sie in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist, können Zündzeiten unterhalb 5 Sekunden erreicht werden, und zwar über weite Bereiche von Temperaturen der Mischung und Brennstoff-Luft-Verhältnissen der Mischung. Eine Löschung tritt allein bei sehr niederen Brennstoff-Luft-Verhältnissen ein.
  • Bei einer anderen Form der katalytischen Einrichtung, wie sie in F i g. 4 und 4 A dargestellt ist, besteht das foraminöse Element 30 aus Gaze oder gestrecktem Blattmetall und liegt an der stromabwärtsseitigen Stirnfläche eines katalysierten, porösen, feuerfesten Stopfens 31, der eine Reihe von Bohrungen 32 aufweist, die sich durch ihn von seiner stromaufwärtsseitigen Stirnfläche 31a zu seiner stromabwärtsseitigen Stirnfläche erstrecken. Alle diese Bohrungen führen zu dem foraminösen Element 30, derart, daß die Brennstoff-Luft-Mischung, die durch sie strömt, auch das Element 30 durchdringt, bevor sie in eine Umkehrzone hinter einer Stabilisierungsrinne gelangt.
  • Diese Form der Vorrichtung gestattet eine Zündung bei relativ niedrigen Temperaturen zu erreichen und vermindert bemerkenswert den Wert des Brennstoff-Luft-Verhältnisses der unteren Löschgrenze.
  • In den F i g. 5 und 5 A besteht das foraminöse Element 34 wiederum aus einer Scheibe oder einer Gaze oder aus Streckmetall und ist zwischen zwei Stopfen 35 und 36 eingelegt, die aus katalytischem, porösem, feuerfestem Material bestehen. Die Stopfen haben in Flucht liegende axiale Bohrungen 35 a, 36a, die den Stromdurchlaß oder die Stromdurchlässe bilden. In dieser Ausführungsform strömt die Brennstoff-Luft-Mischung durch das foraminöse Element, indem sie von den Bohrungen 35 a in dem Stopfen 35 zu den Bohrungen 36a in dem anderen Stopfen 36 gelangt. Der Gebrauch dieser Ausführungsform führt zu einer bemerkenswert verbesserten Zündung und zu einer Verminderung der Werte für die untere Löschgrenze mindestens bei gewissen Gastemperaturen.
  • Bei der Ausführungsform nach F i g. 6 und 6 A besteht die feuerfeste Masse aus zwei rohrförmigen Stücken 37 und 38. Jedes dieser Stücke weist eine einzige Bohrung 37a bzw. 38a mit axialem Verlauf auf. Eine Scheibe 39 aus Gaze oder gestrecktem katalytischem Metall liegt zwischen den Stücken 37 und 38. Die Bohrung 38a auf der Stromabwärtsseite der Scheibe 39 erweitert sich in einer von der Scheibe 39 fortweisenden Richtung. Mit dieser Ausführungsform der Vorrichtung werden bemerkenswert verbesserte Zündcharakteristiken erhalten, gleichgültig, ob, was an sich bevorzugt ist, der auseinanderstrebende Teil der Bohrung des Rohrstücks stromabwärts der Scheibe ist oder stromaufwärts der Scheibe.
  • In der Form der Vorrichtung, wie sie in F i g. 7 und 7 A gezeigt ist, besteht das foraminöse Element 40 aus einer Rolle oder einem Zylinder 40 aus Gaze oder gestrecktem katalytischem Metall. Dieses foraminöse Element liegt in einer Querbohrung 41 in der feuerfesten Masse 42. Durch die feuerfeste Masse 42 erstreckt sich ein Stromdurchlaß 43, 44, der die Querbohrung 41 schneidet. Diese Ausführungsform ist mechanisch den oben beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung überlegen. Der Teil 43 des Stromdurchlasses zu einer Seite der Querbohrung 41 ist zylindrisch; der Teil 44 auf der anderen Seite der Querbohrung 41 erweitert sich in einer, Richtung, die von der Querbohrung 41 fortweist. Der kleinste Durchmesser des Teils 44 kann größer sein als der Durchmesser des zylindrischen Teils 43. Diese Form der erfindungsgemäßen, Vorrichtung führt zu bemerkenswert verbesserten Zündcharakteristiken, gleichgültig, ob die Vorrichtung in dem Gasstrom mit ihrem sich erweiternden Durchlaßteil stromabwärts weist, wie dies an sich bevorzugt ist, oder stromaufwärts. Die Ausführungsform der Vorrichtungen nach F i g. 4 bis 7 A sind vorzugsweise in ein nicht poröses, feuerfestes Gehäuse eingesetzt, beispielsweise wie in F i g. 1 dargestellt. Hierdurch erhalten die Vorrichtungen eine zusätzliche Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Erosion im. Bereich ihrer stromabwärtsseitigen Oberfläche.
  • Bei der Ausführungsform der Vorrichtung nach F i g. 8 und 8 A weist der Stopfen 45 aus porösem, feuerfestem Material vier bis sechs Bohrungen oder Durchlässe 46 auf, die von der stromaufwärtsseitigen Begrenzungsfläche 45a zu einer foraminösen Platte 47 an der stromabwärtsseitigen Begrenzungsfläche des Stopfens führen. Die Stopfen 45 sind in ein nicht poröses napfförmiges Gehäuse 48 eingepaßt. Die stromabwärtige Fläche des Gehäuses weist ein Austrittsloch 49 mit einem Durchmesser von etwa 0,65 cm auf. Die Innenoberfläche des Gehäuses weist eine Ausnehmung auf, die in Richtung auf das Loch 49 zusammenstrebt. Hierdurch wird eine Sammelzone für die Brennstoff-Gas-Mischung gebildet; die durch die Bohrungen 46 strömt.
  • In den Formen der Vorrichtung, wie sie in F i g. 9, 9A, 10 und 10A gezeigt ist, hat die feuerfeste Masse 51 einen trapezförmigen Querschnitt in Richtung des Gasflusses oder den Querschnitt eines Ringsegments. Eine Reihe solcher Segmente sind aneinandergepreßt oder bilden den Boden einer Flammhalterrinne.
  • In den F i g. 9 A und 9 ist das foraminöse Element 53 ein flaches Stück aus Gaze oder gestrecktem Metall, das in die Masse eingebettet ist. Stromdurchlässe 52 erstrecken sich von dem schmaleren Ende der Masse durch das Element 53 zum breiteren Ende der Masse, das stromabwärts weist. In den F i g. 10 und 10 A besteht das foraminöse Element 54 aus einer Spule oder einem Zylinder aus Gaze oder gestrecktem katalytischem Metall und liegt in einer Querbohrung 55, die den Durchlaß 52 schneidet.
  • Die feuerfeste Masse 51 weist Ausnehmungen 56 auf, die es gestatten, die Masse durch entsprechende Rippen festzuhalten, die durch äußere Einkehlungen der Seiten einer Flanunhalterrinne mit V-förmigem Querschnitt gebildet sind.
  • Der minimale Durchmesser der Stromdurchlässe durch die feuerfeste Masse ist durch Versuche zu bestimmen und wird derart ausgewählt, daß a) ein hinreichenderDurchfluß gewährleistetist, um die katalytische Wirkung voll zu ermöglichen; b) ein hinreichender Fluß der Brennstoff-Luft-Mischung zum foraminösen Element gewährleistet ist, um eine Durchzündung zu erreichen und um die Flamme in die Umkehrzone hinter der Flammhalterrinne zu leiten, und c) die Strömungsgeschwindigkeit nicht so stark ist, daß sie wesentlich die untere Löschgrenze anhebt. Bei Vorrichtungen mit mehreren Durchlässen hat sich ein Durchlaßdurchmesser zwischen 0,15 und 0,375 cm als geeignet erwiesen. Für ein einziges Loch wird vorzugsweise ein Durchmesser von etwa 0,625 cm gewählt.
  • Geeignete feuerfeste Materialien sind z. B. gebrannte Ziegelmassen GR 28 sowie andere Aluminiumsilicate. Die einfacheren Typen von Katalysatoren, die eine waagerechte Rolle oder Platte aus foraminösem Material enthalten, zeigen eine schlechte katalytische Aktivität, wenn das Foraminat dicker als 0,025 cm ist. Die Aktivität steigt an, wenn die Dicke abnimmt. Die Lebensdauer des Kataly-, sators steigt andererseits mit seiner Dicke an. Es kann daher erforderlich sein, dickere Foraminate zu verwenden.
  • Bei Änderungen der oben beschriebenen Vorrichtungen können die Durchlässe 10 a, 32, 35a, 36a, 37a, 38a, 43, 44, 46, 52 mit perforiertem Metallblech oder Streckmetall oder Drahtgaze ausgekleidet werden. Im Fall eines Stopfens, wie er in F i g. 1 als Beispiel gezeigt ist, kann 10b eine solche Auskleidung darstellen.
  • Diese Abänderung verbessert die Aktivität des Katalysators. Es kann dann als wünschenswert angesehen werden, ein dickeres foraminöses Material zu verwenden, beispielsweise mit einer Stärke von 0,05 cm. Dadurch geht zwar dann die Verbesserung in der katalytischen Aktivität verloren, aber man gewinnt eine verstärkte mechanische Festigkeit und damit eine größere Nutzlebensdauer.
  • Weitere Abänderungen des foraminösen Elements sind wie folgt möglich: Die Durchlässe 10 a, 32, 35 a, 36 a, 37a, 38 a, 43, 44, 46, 52 können mit zwei oder mehr Rollen aus perforiertem Metallblech oder aus gestrecktem Metall oder Drahtgaze 63 ausgekleidet werden. Es ist ferner möglich, eine oder mehrere Rollen durch eine Wendel zu ersetzen. Die Querrolle kann ebenfalls auf diese Weise verändert werden.
  • Diese Abänderungsformen sind kostspieliger, da die Menge des Platins erhöht wird. Sie ermöglicht jedoch, eine gute katalytische Aktivität zu erhalten, wenn eine nicht poröse, feuerfeste Masse verwendet wird. Dies wiederum führt zu einer wesentlich besseren Widerstandsfähigkeit gegenüber Hitzeerosionen im Innern der Bohrung.
  • Die Form der in den F i g. 11 und 11 A bis 11D dargestellten Vorrichtungen weist eine zylindrische Masse 60 (F i g. 11 und 11 D) aus nicht porösem, feuerfestem Material auf, beispielsweise aus Aluminium oder Siliciumcarbid oder Siliciumnitrid oder einem Aluminiumsilicat, das ein guter Wärmeleiter ist, gute Eigenschaften gegenüber thermischen Schocks hat und ein foraminöses Material aus Platin-Rhodium bei hohen Temperaturen nicht angreift. Es kann notwendig sein, Siliciumcarbid und Siliciumnitrid mit Aluminium oder Zirkon zu beschichten oder in der Flamme zu übersprühen, um zu verhüten, daß freies Silicium die katalytische Legierung verunreinigt. Die Masse 60 hat eine Mittelbohrung 60 a, die einen Durchmesser von 0,625 cm hat.
  • Die Vorrichtung enthält ferner ein foraminöses Element aus perforiertem oder gestrecktem Blechmetall oder aus Drahtgaze. Ein geeignetes Metall ist Platin-Rhodium-Legierung, das irgendeine Form, wie sie in F i g. 11 A, 11 B oder 12 oder 13 gezeigt ist, haben kann. Das Material, aus dem das foraminöse Element gemacht wird, kann bis zu 0,075 cm dick sein.
  • In F i g. 11 A weist das foraminöse Element einen Scheibenteil 61 auf, der, wenn die Vorrichtung zusammengesetzt wird, sich gegen eine Stirnfläche der zylindrischen Masse (F i g. 11) legt. Ferner weist es einen zylindrischen Teil 62 auf, der die Bohrung 60 a ausfüllt. Die Teile 61 und 62 sind zusammengeschweißt.
  • Bei der Ausführungsform nach F i g. 12 hat das foraminöse Element einen zweiten Zylinderteil63 geringeren Durchmessers als der des Teils 62 und liegt koaxial in diesem und mit einem Ende an dem Scheibenteil 61 angeschweißt.
  • Bei der Ausführungsform nach F i g. 13 ist eine Wendel 64 aus Platin-Rhodium-Draht an die Innenoberfläche des Zylinderteils 62 angeschweißt.
  • Die Vorrichtung weist ferner ein napfförmiges Gehäuse 65 auf, dessen Boden 65a ein enges Loch 66 hat, das in der Mitte des Bodens liegt. Das Gehäuse 65 besteht aus feuerfestem Material einer wesentlich höheren Festigkeit als das feuerfeste Material, das die Masse 60 bildet. Beispielsweise besteht 65 aus Aluminiumsilicat, aus Siliciumcarbid, Siliciumnitrid oder einem unter dem Markennamen Refrax bekannten Material.
  • Die Teile der Vorrichtung werden zusammengesetzt, indem die Scheibe 61 des foraminösen Elements in Berührung mit dem Boden 65a des Gehäuses gebracht wird. Die Masse 60 wird in dem Gehäuse unter Verwendung eines geeigneten feuerfesten Klebstoffs oder Zements befestigt. Die Bohrung 60 a liegt in Flucht mit dem Loch 66, wie aus F i g. 11 ersichtlich.
  • Zum Gebrauch wird die Vorrichtung mit ihrer Stirnfläche 60 b der Masse 60 derart angeordnet, daß diese stromaufwärts in den Gasstrom weist, in dem die Zündung zu bewirken ist.
  • Die Vorrichtung nach den F i g. 14 bis 14D ist ähnlich der in F i g. 11 bis 11D dargestellten, mit der Ausnahme der Form des foraminösen Elements und der Form der Masse 60, die abgeändert ist, um sie der unterschiedlichen Form des foraminösen Elements anzupassen. Das foraminöse Element ist T-förmig und enthält einen zylindrischen Teil 67, der die Bohrung 60 a in der Masse 60 ausfüllt, und einen querliegenden zylindrischen Teil 68, der eine Ausnehmung 60 c im Ende der Masse 60 ausfüllt. Die Masse 60 liegt am Boden 65 a des Gehäuses 65 auf. In dem zylindrischen Teil 67 kann sich ein zweiter zylindrischer und koaxialer Teil befinden wie bei dem foraminösen Element in F i g. 12. Auch kann eine Drahtwand an seiner inneren Oberfläche wie bei dem foraminösen Element nach F i g. 13 befestigt sein. Die gleichen Abänderungen können bei dem querliegenden zylindrischen Teil 68 vorgesehen sein.
  • Die Ausführungsformen nach den F i g. 11 bis 14 sind robust und haben eine lange Lebensdauer, wenn sie in Gasturbinen-Nachbrennern verwendet werden, beispielsweise in solchen nach F i g. 3. Es ergeben sich mit ihnen kurze Zündzeiten über einen weiten Bereich von Strömungsgeschwindigkeiten und von Brennstoff-Luft-Verhältnissen.
  • Der Bereich der Brennstoff-Luft-Verhältnisse und der Strömungsgeschwindigkeiten, innerhalb denen die Vorrichtungen nach der Erfindung zufriedenstellend arbeiten, kann durch Verengung des Eintritts der Bohrungen 60a verbessert werden. Dies ist insbesondere wirkungsvoll, wenn die Brennstoffinjektoren in einer Entfernung von weniger als 50 cm von den Katalysatoren liegen. Wie in F i g. 15 gezeigt, kann die Vorrichtung eine Scheibe 69 aufweisen, die an ihrer stromaufwärts in den Gasstrom weisenden Stirnfläche befestigt ist und ein Mittelloch 69 a hat, das einen Zugang zu der Bohrung 60 a schafft. Das Loch 69a hat einen Durchmesser, der wesentlich kleiner ist als derjenige der Bohrung 60 aq Beispielsweise kann er im Bereich von 0,025 bis 0,6 cm liegen. Die Drosselung des Flusses auf diese Weise vermindert nicht nur die Möglichkeit des Auftretens zu hoher Konzentrationen des flüssigen Brennstoffs in der Bohrung 60 a, wodurch das foraminöse Element derart gekühlt würde, daß eine Zündung nicht eintreten würde, sondern fördert überdies Rückströmungen hinter der Zündvorrichtung, so daß der Kontakt zwischen dem foraminösen Element und der Brennstoff-Luft-Mischung verbessert wird und die Vorrichtung weniger empfindlich gegenüber Änderungen in der Strömungsgeschwindigkeit des Hauptstroms wird. Diese Art der Drosselung kann nur bei komplexen foraminösen Vorrichtungen verwendet werden, bei denen die keramischen Stoffe nicht porös sein dürfen.

Claims (14)

  1. Patentansprüche: 1. Zündvorrichtung für Brennstoff-Luft-Gemische in Triebwerken, insbesondere für Nachbrenner von Strahltriebwerken, mit einem Platin, Rhodium, eine Platin-Rhodium-Legierung oder ein anderes katalytisch wirkendes Metall enthaltenden, die Verbrennung des Brennstoffs erleichternden Katalysator, der in einem Körper aus feuerfestem Material untergebracht ist, welcher eine stromaufwärts weisende und eine stromabwärts weisende Stirnfläche hat und wenigstens eine Bohrung, die sich von der stromaufwärtsseitigen Stirnfläche zur stromabwärtsseitigen Stirnfläche erstreckt und einen Durchflußkanal bildet, gekennzeichnet durch ein innerhalb des Durchflußkanals (10 a, 11 a, 32, 35a, 36a, 37a, 38a, 43, 44, 46, 52, 60a) quer zum Durchflußkanal angeordnetes foraminöses Element (12, 30, 34, 39, 40, 47, 53, 54, 61, 68) aus dem katalytisch wirkenden Metall, dessen Dicke in Längsrichtung des Durchflußkanals weniger als 0,075 cm beträgt.
  2. 2. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element als Zylinder (40, 54, 68) oder Rolle ausgebildet ist, deren Längsachse sich quer zum Stromdurchlaß (43, 44, 52, 60 a) erstreckt.
  3. 3. Zündvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (40, 54, 68) oder die Rolle in einer Querbohrung (41, 55, 60e) liegt, die sich quer zum Durchflußkanal (43, 44, 52, 60a) zwischen dessen Enden erstreckt.
  4. 4. Zündvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (68) oder die Rolle in eine Querausnehmung (60 c) eingepaßt ist, die sich quer über die stromabwärtsseitige Stirnfläche des Körpers (60) erstreckt und den Durchflußkanal (60 a) schneidet.
  5. 5. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem foraminösen. Element (61, 68) ein gazeartiger Zylinder (62, 67) aus einem katalytisch wirkenden Metall zugeordnet ist, der den Durchflußkanal (60a) auskleidet.
  6. 6. Zündvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Auskleidung (62) des Durchflußkanals (60 a) einen oder mehrere zylindrische Teile (63) mit wesentlich kleinerem Durchmesser aus gazeartigem oder gestrecktem katalytischem Metall umschließ! 7.
  7. Zündvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Auskleidung (62) des Durchflußkanals (60 a) durch einen wendelförmigen Draht (64) aus katalytischem Metall verstärkt ist, der an ihre innere Oberfläche angeschweißt ist. B.
  8. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußkanal (10 a, 11 a, 32, 35 a, 36 a, 46, 52, 60a) über seine ganze Länge einander parallelliegende Seiten hat.
  9. 9. Zündvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußkanal (37a, 38a, 43, 44) stromaufwärtsseitig des foraminösen Elements (39, 40) durch parallele Seiten begrenzt ist und daß er sich stromabwärts des foraminösen Elements in Stromrichtung erweitert.
  10. 10. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10, 45, 60) und das foraminöse Element (12, 47, 61) in ein napfförmiges Gehäuse (13, 48, 65) aus nicht porösem, feuerfestem Material eingepaßt sind und daß das Gehäuse einen Boden (14, 65a) mit einer Öffnung (49, 66) aufweist, die in Flucht mit dem Durchflußkanal (10a, 11a, 46a, 60a) liegt.
  11. 11. Zündvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (14) eine kegelstumpfförmige Ausnehmung (15) hat, die sich von der Öffnung in Stromrichtung erweitert.
  12. 12. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere parallele Durchflußkanäle (46) vorgesehen sind und daß die Oberfläche des Bodens des napfförmigen Gehäuses (48), die auf der Seite des Körpers (45) liegt, eine Ausnehmung (50) aufweist, die sich in Richtung der Öffnung in ihm verengt.
  13. 13. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch Mittel (69), die die Eintrittsöffnung (69a) des Durchflußkanals (60a) einengen und eine Stromumkehr in dem Durchflußkanal erzeugen.
  14. 14. Zündvorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Scheibe (69), die an der stromaufwärtsseitigen Stirnfläche des Körpers (60) befestigt ist und eine Einlaßöffnung (69a) mit kleinerem Durchmesser als der Durchflußkanal (60a) hat. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 191694; Patentschrift Nr. 15654 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands; schweizerische Patentschrift Nr. 18145; britische Patentschrift Nr. 696 756.
DER29650A 1960-02-17 1961-02-10 Katalytische Zuendvorrichtung Pending DE1186688B (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1186688X 1960-02-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1186688B true DE1186688B (de) 1965-02-04

Family

ID=10880789

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DER29650A Pending DE1186688B (de) 1960-02-17 1961-02-10 Katalytische Zuendvorrichtung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE1186688B (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4003512A1 (de) * 1990-02-06 1991-08-08 Bayerische Motoren Werke Ag Katalytische zuendung eines brennstoff-luftgemisches in brennkraftmaschinen

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE191694C (de) *
DE15654C (de) * H. KOCK in Hamburg Neuerungen an Petroleum-Kochapparaten
CH18145A (de) * 1898-11-11 1899-10-31 Eduard Breslauer Einrichtung an Gasselbstzündern
GB696756A (en) * 1949-12-06 1953-09-09 Rolls Royce Improvements in or relating to ignition systems for gas turbine engines

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE191694C (de) *
DE15654C (de) * H. KOCK in Hamburg Neuerungen an Petroleum-Kochapparaten
CH18145A (de) * 1898-11-11 1899-10-31 Eduard Breslauer Einrichtung an Gasselbstzündern
GB696756A (en) * 1949-12-06 1953-09-09 Rolls Royce Improvements in or relating to ignition systems for gas turbine engines

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4003512A1 (de) * 1990-02-06 1991-08-08 Bayerische Motoren Werke Ag Katalytische zuendung eines brennstoff-luftgemisches in brennkraftmaschinen

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2314465C3 (de) Einrichtung zur katalytischen Abgasreinigung
DE19625447B4 (de) Rohrverdampfer für Zusatzkraftstoff ins Abgas
DE4042079C2 (de) Abgasreinigungs-Katalysator zur Verwendung bei Verbrennungsmotoren und Verfahren zu seiner Herstellung
EP1166278B1 (de) Rekombinationseinrichtung
DE1401162A1 (de) Thermokatalytisch aktives Element
EP0220505A2 (de) Filter zur Reinigung von Abgasen
EP1147035A1 (de) Gasgenerator
DE3203612A1 (de) Sauerstoffsensor, insbesondere fuer autoabgase
DE3727526A1 (de) Verfahren zum herstellen einer zuendkerze fuer brennkraftmaschinen
DE3100744A1 (de) Mit fluessigem brennstoff betriebener brenner fuer heizvorrichtungen
DE2445754A1 (de) Vorrichtung zum reinigen von gasen
DE2337034A1 (de) Hitzebestaendiges wabenfoermiges gebilde und verfahren zu dessen herstellung
DE2102255A1 (de) Katalytischer Konverter, insbesondere fur Abgase von Brennkraftmaschinen
DE20221983U1 (de) Dampferzeuger zum Erzeugen von Wasserdampf, insbesondere Reinstwasserdampf
DE3244854A1 (de) Brenner
DE1186688B (de) Katalytische Zuendvorrichtung
DE1667161C3 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gasführung in katalytischen Hochdruck syntheseanlagen
DE3117091C2 (de)
EP3018412A1 (de) Rekuperator und Rekuperatorbrenner
WO2000046548A1 (de) Brenner, insbesondere für heizungsanlagen
DE60308584T2 (de) Vorrichtung zur Kohlenwasserstoffspeicherung
EP0703417B1 (de) Wassererhitzer mit einem katalytischen Brenner
DE1184713B (de) Gasbrenner, insbesondere fuer Gase mit geringer Zuendgeschwindigkeit
DE19541802A1 (de) Gasbrenner mit festkörpergestützter, flammloser Verbrennung
DE960396C (de) Vorrichtung an Brennkraftkolbenmaschinen mit Fremdzuendung zur Verhinderung des Klopfens