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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.
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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.
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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.
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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.
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»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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Andere geeignete katalytische Metalle sind Osmium, Ruthenium und Palladium.
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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.
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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.
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Einige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden
im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnungen beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bei der Ausführungsform nach F i g. 13 ist eine Wendel 64 aus Platin-Rhodium-Draht
an die Innenoberfläche des Zylinderteils 62 angeschweißt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.