-
Die Erfindung bezieht sich auf mehrschichtige keramische Brennerblöcke
für Gas-Strahlungsbrenner, durch welche ein Gemisch brennbarer Gase hindurchgeführt
und nahe deren Vorderseite bei dem Austritt aus diesen verbrannt wird. Solche Körper
werden in Wände oder andere Teile von öfen od. dgl. ein2ebaut oder können beispielsweise
an Decken von Überdachten Durchgangswegen angeordnet werden, wenn es erwünscht ist,
Wärme in Form von Strahlungsenergie auf Körper oder Bereiche zu übertragen, die
sich auf niedrigeren Temperaturen und in mäßigen Abständen von der Vorderseite des
Brennerblokkes befinden. Um dieses wirksam auszuführen, ist es erwünscht, daß die
entzündeten Gase so nahe wie möglich an der frei liegenden Vorderseite des Brennerblockes
oder sogar in den Poren des Brennerblockes brennen, welche der frei liegenden Vorderseite
unmittelbar benachbart sind. Auf diese Weise wird die fühlbare Wärme oder Eigenwärme
der Brennaase auf den Brennerblock übertrauen und dessen Temperatur so erhöht, daß
die Wärme dann als Strahlunoswärme auf von dem Brennerblock entfernt lie2ende Bereiche
übertrauen wird.
-
Es sind zahlreiche Versuche aemacht worden, dieses Priiizip anzuwenden,
jedoch sind diese Versuche ledi-lich teilweise erfolgreich gewesen, weil die frei
liegende Fläche des Brenners nicht "enüccnd Wärme C 7 J ahL,estr"ililt liat
oder weil die gezündete Flamme durch den Brennerblock hindurch zurückgeschlagen
ist und die Gase auf der falschen Seite des Blockes gezündet hat, so daß Explosionen
hervorgerufen wurden oder die Vorrichtuna auf andere Weise zerstört wurde.
-
In der schweizerischen Patentschrift 323 162 sind die Nachteile
von bekannten, aus gesinterten oder keramischen Materialien gebildeten Brennerformstükken
von Strahlungsbrennern beschrieben, wobei insbesondere ein Rückschlagen der Flamme
auf die Gasdüse zu befürchten war. Zur Überwinduno, der Nachteile ist gemäß der
schweizerischen Patentschrift ein Brenner vorgesehen, der mindestens zwei übereinanderliegende
dasdurchlässige Schichten aufweist, von welchen mindestens die äußerste aus einer
gazeartigen Folie besteht. Die Schichten bei diesem Strahlungsbrenner sollen insbesondere
sämtlich aus siebartigen Metallgittern bestehen. Die Schichten sind dabei lose aufeinandergelegt.,
d. h., es sind keine besonderen Maßnahmen zu treffen, um sie in einem bestimmten
Abstand voneinander zu halten. Unter diesen Voraussetzungen berühren sich die Schichten
an gewissen Stellen, während sie an den meisten Stellen einen kleinen Abstand voneinander
haben. Die vorgesehenen Metallgitter lassen nur einen Betrieb bis etwa
800' C zu und sind nicht rückzündungssicher, weil sich auch die inneren Metallgitter
er-wärmen.
-
An Stelle von siebartigen Metallgittern oder Drahtgeflechten können
auch andere gasdurchlässige, gazeartige Schichten. z. B. dünne, grobporöse. (yesinterte
Schichten Anwendung finden. Auch können feuerfeste Geflechte aus anderen Materialien
als Metall verwendet werden.
-
Es soll in jedem Fall die äußerste aus einer gazeartigen Folie bestehende
Schicht derart bemessen und angordnet sein, daß die Verbrennung nicht hinter ihr
erfolgt. Zweckmäßi,-erweise wird die Innenfläche des Brennerkopfes als reflektierende
Fläche ausgebildet, um die nach innen abgestrahllte Wärme wieder nach außen zu werfen.
Auch bei Anwendung von gazeartigen Schichten aus anderem Material als Metall ist
die Rückzündungsgefahr nicht ausgeschlossen.
-
Aus der französischen Patentschrift 340 044 ist ein Brenner für Acetylengas
bekannt, dessen Prinzip im wesentlichen darin besteht, daß das Gas durch einen schalen-
oder zylinderartigen Behälter geführt wird, der mit einem porösen Material, insbesondere
Sand, gefüllt ist, das auf einem Sieb aufruht und den Gasstrom unterteilt. Es bildet
sich dabei ein Flammenschleier an der Oberfläche des porösen Materials. Das poröse
Material soll ein Rückschlagen der Flamme in das Innere des Brenners verhindern
und eine vollkommene Verbrennune des Acetylengases sicherstellen. Der bekannte Brenner
stellt keinen Strahlungsbrenner dar, der geeignet ist, eine wesentliche Strahlungsenergie
abzugeben.
-
Aus der USA.-Patentschrift 3 148 962 ist eine Rückschlagsperre
bekannt, die unabhängig von einem Gasbrenner irgendwelcher Art in einer Gasleitung
angeordnet werden soll. Bei der bekannten Rückschlagsper-re sind Packungen aus teilchenförmi-Gen
Körpern hintereinander angeordnet, wobei die erste Schicht aus einer Packunc, von
losen, croben Teilchen besteht und am nächsten der zu schützenden Leitung vorgesehen
ist. .-#,uf diese grobe Packung fole V C
gen Packungen aus feineren Teilchen.
Der Hauptzweck der ersten Schicht aus -rober Teilchenpack-ung besteht darin, eine
teilweise Kühluniz der lieißen Gase
herbeizuführen und Wärme zu
absorbieren, ohne selbst eine Oberflächentemperatur zu erreichen, die zur Zündung
des Acetylengases ausreicht. Infolge des Kühlungseffekts in der groben Schicht,
haben die Gase, wenn sie eine folgende Schicht von feineren Teilchen erreichen,
geringere Temperatur und können keine Rückzündungstemperatur erreichen. Die Ausbildunc,
einer derartigen Rückschlagsperre ist nicht geeignet, einen Hinweis auf den Aufbau
eines Strahlungsbrenners zu geben, von dem eine hohe Strahlungsenergie abgegeben
wird.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen robusten und leicht
auswechselbaren keramischen Brennerblock zu schaffen, welcher einen maximalen Anteil
der Eigenwärme der Brenngase in Strahlungsenergie umwandeln und diese Energie auf
den gewünschten Bereich übertragen kann, wobei gleichzeitig die Flamme von der heißen
Fläche nicht in die Kammer zurückschlagen kann, in welcher die Brenn-C Clase mit
Luft oder Sauerstoff vorgemischt werden.
-
Diese Aufgabe wird bei einem keramischen Brennerblock für Gas-Strahlungsbrenner
mit mehreren in Gasdurchtrittsrichtung hintereinanderliegenden, unterschiedlichen
Schichten, von denen die äußere als Strahlungsschicht und die innere als Rückschlagsicherung
wirkt, gemäß der Erfindung dadurch "elöst, daß die äußere Schicht aus einem gebundenen
Haufwerk von Siliziumkarbidkörnern und die innere Schicht aus einem gebundenen Haufwerk
von Körnern aus wärmeisolierendem Material, z. B. Tonkörnern besteht, wobei die
Körnung der äußeren Schicht gröber als die der inneren Schicht ist und die Gasdurchlässigkeit
der beiden Schichten derart auf die Eigenschaften und Zustände des Brenngases abgestimmt
ist, daß die Gasdurchtrittsgeschwindigkeit in der äußeren Schicht kleiner und in
der inneren Schicht größer als die Zündgeschwindigkeit des Gases ist.
-
Vorzugsweise ist die innere Schicht dick-er als die äußer Schicht,
sie hat jedenfalls eine genügende Dicke, um eine Wärmeisolierung zwischen der Vorderschicht
und den brennbaren Gasen an der Hinterseite der Sperrschicht zu schaffen.
-
Die Erfindung umfaßt weiterhin einen mehrschichtigen keramischen Brennerblock,
bei dem an die innere Schicht mindestens noch eine zusätzliche dünnere, die Verbrennung
steuernde Schicht eines noch feineren Haufwerkes aus gebundenen Körnern aus wärmeisolierendem
Material, z. B. Tonkörnern, angrenzt.
-
Diese zusätzliche Schicht kann sowohl an die äußere Schicht als auch
an die wärmeisolierende innere Schicht gebunden sein.
-
Auf diese Weise gestattet die Erfindung einen Brennerblock zu schaffen,
durch welchen eine minimale Menge an nicht genutzter Wärme entweicht und bei welchem
kein Flammenrückschlag möglich ist. Ferner wird bei dem Brennerblock gemäß der Erfindung
gewährleistet, daß die Strömungsgeschwindigkeit der brennbaren Gase durch den Brennerblock
hindurch zufolge Erwärmung dieser Gase bei fortschreitendem Betrieb in minimalem
Ausmaß herab--esetzt wird. Schließlich werden beim Betrieb des Brennerblocks gemäß
der Erfindung an dessen Vorderseite keine örtlichen Bereiche hoher und niedriger
Temperatur hervorgerufen. sondern es wird bei großer Abstrahlung bzw. Emission von
Strahlungswärme insgesamt ein gleichmäßiges Glühen sichergestellt.
-
C C-
Die Vorderfläche der äußeren Schicht kann gegebenenfalls
in an sich bekannter Weise einen dünnen Überzug aus feinzertelltem katalytischem
Material aufweisen. Die keramischen Körner bestehen vorzugsweise aus Nfullit.
-
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
erläutert.
-
F ig. 1 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines
Breriners, an dem die Erfindun2 verkörpert ist; F i g. 2 ist eine der F i
g. 1 ähnliche Schnittansicht einer abgeänderten Ausfü hrungsform eines Brennerblocks
gemäß der Erfindung.
-
In F ig. 1 ist der keramische Teil eines Brennerblockes als
Ganzes mit 1 bezeichnet. Der keramische Teil 1 weist eine äußere Schicht
2 auf, die aus verhältnismäßig groben Körnern aus Siliziumkarbid gebildet ist, beispielsweise
aus Siliziumkarbid mit einer Korngröße von etwa 0,5 bis 2 mm, das in zweckentsprechender
Weise gebunden ist. Der keramische Teil 1 weist weiterhin eine innere U isolierende
Schicht oder Sperrschicht 3 aus isolierender feuerfesten gemahlenen Tonschamotte
auf, die mit einem keramischen Niedertemperaturbinder gebunden ist, um sie
in starrer, jedoch durchlässiger Form zu halten, und die wiederum an die Hinterfläche
der äußeren Schicht 2 gebunden ist. Die Durchlässigkeit der Schicht 3 ist
etwas kleiner als die der Schicht 2, um zu gewährleisten, daß die Flamme von der
frei liegenden Fläche durch den Brennerblock hindurch nicht nach hinten wandert
und in eine Gaskammer 10 eintritt.
-
Der Brennerblock weist gemäß der Darstellung eine weitere, die Verbrennung
steuernde Schicht 4 aus sehr feinkörnigem Isoliermaterial auf, die der Kammer
10 benachbart ist, um zusätzlich zu gewährleisten, daß die Flamme nicht durch
den Brennerblock hindurch zurück in die Kammer 10 wandert. Die Schicht 4
ist verhältnismäßig dünn und hat beispielsweise eine Dicke von etwa 3,18
mm, da es erwünscht ist, die Gasströmung nicht mehr zu begrenzen und keinen größeren
Rückdruck aufzubauen, als es für die Sicherheit erforderlich ist. Es liegt im Rahmen
der Erfindung, die Körner der Schicht 3 so zu wählen" daß die Geschwindigkeit
der Gasströmung durch die Poren in der Schicht 3 größer als die Geschwindigkeit
der Flan-unenausbreitung ist. so daß die Flamme nicht durch die Schicht
3 hindurch zurückwandern kann. In einem solchen Fall kann eine besondere
Schicht 4 fortgelassen werden.
-
Gegebenenfalls kann eine der Schicht4 ähnliche feine, die Flamme steuernde
Schicht4' in den Brennerblock eingebaut werden, wie es in Fig.2 dargestellt ist,
und zwar zwischen den Schichten2' und 3'. Es kann auch je eine solcher
Schichten zwischen den Schichten2' und 3' und an der Gaseintrittsfläche der
Schicht 3' vorgesehen sein.
-
Der Brennerblock t weist Nuten tl auf, die auf zwei oder mehreren
seiner Seitenflächen eingearbeitet sind und in die Flansche 7 der Seitenwände
des Brenner-ehäuses 6 einoreifen, das aus zweckentsprechendem Metall 2ebildet
ist. Um einen dichten Sitz zur Vermeidung äes Entweichens von Gas zu schaffen, ist
ein Kissen 9 aus filzartigem Asbest oder aus feuerfester Wolle rund um die
Seiten des Brennerblocks vorgesehen.
-
Ein vorgemischtes brennbares Gemisch. beispielsweise Erdgas und Luft,
wird in die Gaskammer 10
des Gehäuses 6 durch ein
Ein 1 aßrohr 8 hindurch eingeführt. Statt dessen können das Gas und
die Luft ge-
trennt eingeführt und in der Kammer 10 gemischt werden.
Aus der Kammer 10 strömen sie auswärts durch die Poren des Brennerblocks
hindurch zu der Vorderseite der Schicht 2, wo sie gezündet werden und brennen. Ein
Teil der Verbrennung geht zurück in die Poren der Schicht 2, wenn diese sich erwärmt,
wodurch die Temperatur der Schicht 2 erhöht und ein schnelles Abstrahlen von Wärme
hervorgerufen wird. Die Poren der Schicht 3 sind jedoch so fein, daß die
Geschwindigkeit des Gases durch sie hindurch groß genug ist, um ein Zurückschlagen
bzw. Zurückwandern der Flamme in die Schicht 3 zu verhindern, und die Poren
der Schicht 4 sind gemäß vorstehender Beschreibung sehr fein, so daß ein Zurückwandern
der Flamme durch die Schicht 4 hindurch vollständig vermieden wird.
-
Um zu gewährleisten, daß die Verbrennung der frei liegenden Fläche
der Schicht 2 so nahe wie möglich stattfindet, kann diese Fläche mit etwas fein
zerteiltem katalytischen Material 5 überzogen werden, beispielsweise mit
Ceroxyd mit einer Teilchengröße entsprechend einer lichten Maschenweite von 0,147
mm, das durch Flarnmensprühen oder mit einem zeitweilig bindenden Material aufgestäubt
bzw. staubförmig aufgebracht und entweder mit dem Brennerblock oder später aufgebrannt
werden kann. Die Wirkung dieses Materials besteht darin, ein schnelles Erreichen
der maximalen Flammentemperatur in enger Berührung mit der Oberfläche des Brennerblocks
hervorzurufen.
-
Bei Herstellung des Brennerblocks wird dieser vorzugsweise nicht dicker
als etwa 63,5 mm gemacht, und zwar unterteilt in eine Dicke von etwa
3,18 bis 12,7 mm aus grobkörnigem Siliziumkarbid mit einer Korngröße
entsprechend einer lichten Maschenweite von beispielsweise 0,584 bis 1,97
mm in der Schicht 2. Für die Schicht 3 werden gemahlene feuerfeste Ziegel
oder Mullit in einer Komgröße entsprechend einer lichten Maschenweite von etwa 0,584
bis OJ1 mm verwendet, wobei die Schicht 3 etwa 38,1 mm dick gemacht
wird, und für die Schicht 4 wird ähnliches gemahlenes Material, wie für die Schicht
3 verwendet, und zwar mit einer Komgröße entsprechend einer lichten Maschenweite
von etwa 0,176 bis 0,71 mm und mit einer Dicke von etwa
3,18 mm.
-
Als Beispiel für eine bevorzugte Herstellung werden die nachfolgenden
Arbeitsstifen beschrieben: 1. 90 Gewichtsteile Siliziumkarbid einer Korngröße
entsprechend einer lichten Maschenweite von etwa 0.584 bis 1.97 mm, 10Gewichtsteile
Siliziumkarbid einer Korngröße entsprechend einer lichten Maschenweite von etwa
0,074 mm, 3 Gewichtsteile Dextrin. werden zusammengemischt, und es wird eine
Schicht aus diesem Gemisch mit einer Dicke von 6,35 mm in einer Form angeordnet,
in weicher das Formstück gebildet werden soll.
-
2. 90 Gewichtstelle Mullit einer Kornaröße entsprechend einer
lichten Maschenweite von 0,584 bis 0,71 mm. 10 Gewichtsteile geschlämmter
Ton, 3 Gewichtsteile Dextrin werden zusammengemischt, und es wird eine Schicht
einer Dicke von 3K 1 mm aus diesem Material auf der Oberseite der bereits
in der Form befindlichen Siliziumkarbidschicht aufgebracht.
-
Wenn schließlich eine dritte Sperrschicht erwünscht ist, werden
88 Gewichtsteile Mullit einer Korngröße entsprechend einer lichten Maschenweite
tD von 0,176 bis 0,71 mm, 12 Gewichtsteile geschlämmter Ton und
3 Gewichtsteile Dextrin in ähnlicher Weise zusammengemischt, und es wird
eine etwa 3,18 mm dicke Schicht dieses Materials in der Form auf der
Oberweite der vorhergehenden Schichten angeordnet. Dann werden die verschiedenen
Lagen bzw. Schichten unter einem Druck von etwa 70 kg je
cm2 zusammengedrückt,
das gepreßte Stück wird aus der Form herausgenommen und während 4 Stunden bei etwa
1260' C gebrannt, um die Bindung herbeizuführen. Das Formstück ist nachher
zum Einsetzen in das Gehäuse 6 bereit.
-
Gewünschtenfalls können die Zusammensetzungen, die Korngrößen, die
Binder und das angewendete Brennverfahren nach Wunsch ceändert werden, wie dies
in der kerarnischen Technik bekannt ist. Es ist wichtig, daß hohe Festigkeit aufrechterhalten
wird und daß die Materialien derart zusammenpassend gewählt werden, daß schnelle
Temperaturänderungen den Block nicht schädigen. Allgemein ist gefunäen worden, daß
Siliziumkarbid eine ausgezeichnete heiße Fläche bildet und daß die Rückschicht aus
Mullit, gernahlenem gebranntem Ton. Tonerde oder anderen Massen gebildet sein kann,
die eine geringere Wärmeleitfähigkeit als das Siliciumcarbid haben.
-
Die Brenneranordnung kann dann an einer Außenwand aufgehängt werden,
und zwar unter Venvendung von mechanischen Abstützungen, die an dein Gehäuse
6 befestigt sind, oder sie kann auf irgendeine gewünschte Weise allein oder
in Gruppen eingefaßt werden.
-
Im Betrieb wird es vorgezogen, an der heißen Fläche eine Temperatur
von 982 bis 10931 C zu erreichen, so daß die erhitzte Fläche sehr
schnell Wärme abstrahlt. Bei richtig eingestellten Gas- und Luftdrücken können,
wie gefunden wurde, diese Temperaturen aufrechterhalten werden, wobei die Temperatur
auf der gesamten Hinterfläche 204' C nicht übersteigt. Die Gasströmung durch solche
Vorrichtungen hindurch hat an sich das Bestreben, abzunehmen, wenn die Temperatur
zunimmt. Dies trifft teilweise bei einem Brenner gemäß der Erfindung zu, jedoch
ist diese Änderung bei Vorhandensein der feinen Steuerschicht weit geringer, als
wenn die Schicht fortgelassen wird.
-
Es ist gefunden worden, daß die heiße Fläche des Brenners über die
ganze Fläche eine im wesentlichen gleichmäßige Temperatur hat, wobei das Siliziumkarbid
dazu dient, Wärme von iraendeinem besonders heißen Punkt auf seinen umgebenden Bereich
seitlich zu übertra2en.
-
Wenn die Geschwindiakeit der brennbaren Gase auf einem solchen Wert
-ehalten wird, daß eine vollständige Verbrennung unmöglich gemacht ist. während
die Gase sich in Berührung mit dem hitzebeständigen Material befinden, verbleibt
eine beträchtliche. noch freigegebene Wärmemenge in den Gasen, nachdem sie den Brennerblock
verlassen haben. In einem solchen Fall ist erwünscht, ein Netz aus hitzebeständigem
Draht 12, beispielsweise aus Nickel oder einer Nickellegierung, vor der Siliziumkarbidfläche
anzuordnen. Dieser Draht bzw. dieses Sieb zieht sehr
viel von der
Restwärme der Gase ab und gibt diese als Strahlung entweder direkt auf den gewünschten
Bereich ab oder leitet sie an das Siliziumkarbid zurück, von welchem sie zu dem
zu erhitzenden Bereich abgestrahlt wird. Dieses Netz kann in irgendeiner geel wünschten
Weise an dem Keramikkörper befestigt werden, beispielsweise dadurch, daß der Körper
an seinen Kanten mit einer Nut versehen wird, und die Kanten des Netzes können derart
gebogen werden, daß sie sich in diese Nut erstrecken.