DE1529187A1 - Brennerelement - Google Patents

Description

. Heinz lesser \

Patentanwalt MOnaHm 61, Cosimajtrafce 81 · Telefon: (0811) 483820 ■ Telex. 05-24351

K. Hattori & Co., Ltd.
4-chome, Ginfca, Tokio

29.3.1966

L 7^29 Gg/Fr

Brennerelement

Der vorliegenden Erfindung, die ein Brennereiement betrifft, liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Brennerelement konstruktiv derart auszubilden, daß die Temperatur der Oberfläche des Brennzünders (burning surface) derart gesteigert wird, daß eine nahezu vollständige Verbrennung des Brennstoffes stattfindet und daß außerdem die Strahlungswärme gesteigert wird. Der Erfindung liegt daneben die weitere Aufgabe zugrunde, dieses Brennerelement derart zu gestalten, daß eine Temperatursteigerung seiner Basis verhindert wird, um so eine Dauerhaftigkeit zu gewährleisten.

Das gemäß vorliegender Erfindung zur Lösung der gestellten Aufgaben gestaltete Brennerelement zeichnet sich darin aus, daß die Oberfläche äeinea Brennzünders aus porösem Gefüge, wie gewobene», geflochtenes oder geknüpfte» faserigem

300026/0141

!.-Ing. Heinz Laster, Patentanwalt % 1529187

Schreiben vom 29«3» 1966 ' betr. L 7329 Blatt «g

Keramikdraht besteht, das auf einer Durchlaßöffnungen für den Brennstoff aufweisenden keramischen metallischen oder gazeähnlichen Unterlage angeordnet ist.

Erfindungswesentliche Merkmale werden nachstehend an Hand mehrerer,in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben.

Es zeigen:

Flg. 1 eine Perspektivansicht eines Brennerelementes gemäß der Erfindung, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Brennerelement gemäß Fig. 1 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 3 eine Perspektivansicht, teilweise im Schnitt, eines Brennerelementes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 einen Teilquerschnitt durch das Brennerelement gemäß Fig. 3, ^V ·

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein Brennerelement gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 einen Teilquerschnitt durch das Brennerelement gemäß

Fig. 7 eine Draufsicht auf ein Brennerelement gemäß einem

vierten Ausführüngsbeispiel und ^:

Fig. 8 eine vergrößerte Darstellung des Brennerelementes gemäß Flg. JJ..'

Das in den Fig, 1 und 2 dargestellte Brennerelement weist ·■ ©ine ebenflächige Plafeteni'©pm. auf» seine metallische Basis 1

909826/0142 :

DipUng. Η·Ιηζ l«wr, Patentanwalt

oo -χ InSA ■ ^{T 17}^Q ^Blatt ^

besteht aus einer, etwa 0,5 - 2,0mm dicken, Durchtritts-Öffnungen einer Größe von etwa 0,5 - 5> 0 mm aufweisenden Gazej die Anzahl und die Größe der Durchtrittsöffnungeh 2 ist in ein Verhältnis gesetzt zu der Größe der Platte 1. Die Oberfläche der Platte 1 ist bedeckt mit einer keramischen Bindesehieht 3.einer Dicke von O,j - 1,0 mm und auf diese Bindesehieht ist ein geknüpftes Gewebe 4 faserigen Keramikstoffes aufgelegt. Die einzelnen Lagen des Brennerelementes-gemäß den Fig. 1 und 2 sind dadurch miteinander verbunden, daß die Bindesehieht 3, nachdem sie mit dem Gewebe 4 versehen worden ist, einem Sintervorgang unterworfen wird.

Die keramische Bindesehieht 3 hat die folgende chemische Zusammensetzung:

SiO₂ BaGO B₂O₃ BeO ZnO Cr₂O₃ AlO₃ CaCO₃ 22,5 35,0 6,6 1,8 2,9 28,9 0,1 4,2

Das Gewebe 4 setzt sich zusammen aus verwundenem Draht faseriger Keramikfaser (twisted wife arranged from fibroid ceramic filament), oder stabilem faserigem Keramikdraht kurzer liänge J(fibroid ceramic stattle wire in short length )> Jede ^aser Jfoat etwa eiheh Durchiifessef von 9Ά - W) ψ, $ Jeder Wätft von _etwa % *% - 15/0 mm. Die m geknüpften Oeweöes 4 ist daoei so gewählt^ -äaißi· demDürehmesser des 33rahtes> fÜr ^jeine ^M^etieiMe Brenas^ott%iaBprt%%ung ige sorgt is t. »ad ORSGiNAL

DlpWng. H.lni Leeier, Patentanwalt

Die Zusammensetzung der vorerwähnten ifaserigen Keramikf aser 1st; 41e folgendei·

In den Flg. 5 und 4 Is* ein zweites Ausfutoungstoelspiel igemSß der Erfindung säargestellt, das Brennerelement; hat darin eine Zylindrische Unirißform. Die Metalltoasis 11 besteht aus einer Durchtritt s'öffnungen 12 auf «reis enden Gaze, deren Dielte ebenso wie die Größe und die Dichte deren Durchtrittööffnungen ähnlich dem ersten Ausführungsiaelspiel gemäß aen Fig, 1 und 2 sind^ Die keramische Bindeschicht 13 ist auf die Öberfliehe der Metallbasis 11 gelegt, sie weist eine Dicke von 0,3 - 1^0 mm auf. Geknüpftes,faseriges Keramikgewebe 14 ist, ähnlich^ dem ersten Ausfiüarungsbeispiel, auf diese Bindesehieht 13 gelegt, idle !Verbindung der einzelnen !Lagen hintereinander wiBd eibenfalls dadurch bewirkt, daß die KleBesctolcbt 13 einem Sinterworgang unterworfen wird*

Die technische Bfflndes©!hleiht IJ 3aat €le folgende Zusammen-

Bas Gewebe i% hat einen iähnlichen Aufbau mim im ersten

DIpUn₉. Heinz Lesw, Patentanwalt 5" S^eibenvo. ^£9Q.1966 _betr. L 7429 Blatt \

Ausführungsbeispiel, es' setzt sich aus folgenden Bestandteilen zusammen:

SiO₂ Al₂O₅ Na₂O B₂O 98,5 0,6 0,1 0,2

In den Fig. 5 und 6 ist ein weiteres, dem ersten Ausführungs· beispiel ähnliches Ausführungsbeispiel dargestellt. Auf die keramische Basis 1 ebener Plattenform mit einer Anzahl von Brennstoffdurchtrittsöffnungen 2 ist eine Bindesohicht 5 aus Blei-Borsilikat aufgelegt und eine Schicht von Draht-Keramikstoff 4, dieses Gewebe 4 besteht beispielsweise aus Glasfasern oder wärmebeständigem Metalldraht, die in einer dicken Schicht beispielsweise durch elektrostatisches Beflocken und durch Sintern der Klebeschicht 5 längsweise aufgetragen und miteinander verbunden werden. Die Basis 1 hat dabei folgende Zusammensetzung:

SiO₂ Al₂O₃ Fe₂O₃ MgO R₂O % 64,1 21,5 1,6 11,5 1,0

«£> Die Basis 1 hat eine Dicke von etwa 5,0 - 12,0 mm, der Dureh-

o -■■■'■ - -

^ messer der Brennstoffdurchtrittsöffnungen ist 1,0 - 1,5 mm.

cd Die Klebeschicht J> einer Dicke von 0,5 - 1,0 mm hat dabei

ο folgende Zusammensetzung:

_fc-. Al₂O₅ B₂O₅ Na₂Q K₂O Cap PbO 46,6 8,3 11,2 „2,8 1,6 6,6 22,5

BAD ORIGINAL

DIpl..|ng. Heinz Letter, Patentanwalt £ .... 1529187

Schreiben vom 29.3.1966 ' betr. L 7429 . Blatt *

Das Keramikgewebe 14 hat dabei folgende Zusammensetzung: ^v>;*

SiO₂ Al₂O₅ Na₂O BgO
% 98,5 0,6 0,1 0,2

Jeder Draht hat etwa 30 - 19. u. Durchmesser und eine Länge von 5*0 mm, so daß die Dichte etwa 6 000 Stück/cm beträgt.

Nachstehend soll der Strahlungswert zwischen dem gewöhnlichen Infrarot-Brenner und dem erfindungsgemäßen Brenner gemäß Pig. I verglichen werden. Die Versuuhsbedingungen sind dabei die folgenden : _...""■

Düsendurchmesser: 0,8 mm bei reinem Propangas Meßentfernung: 1 Meter

Durchflußmenge: (nrVh) χ 20 χ 1200 Kcal/Kg·

Versuch 1: .

Druck des Gases 280 mm Hg, Durchflußmenge I97O Kcal/h.

0° 15° 30° 45° 60° 75° 90°

■■-—■;■—■,r Linksrichtung 22,2 21,6 19,9. 16,1 10,4 4,32 0,288 Erfindung

Rechtsrichtung 22,2 20,2 17,6 12,7 6,33 0,576

Bekanntes Linksrichtung 18,7-20,2 19,0 15,8 10,95 4,61 0,288 Verfahren Rechtsrichtung 20,2 19,9 17,0 12,4 6,92 0,863

909 82 6/01 kl

1 5 2 9 1 R

Dlpl.-Ing. Heins Leuer, Patentanwalt "^- Sdireiben vom

29.3.I966 _betr. L 7429 Blau

Die keramischen Drähte 4 haben folgende Zusammensetzung:

SiO₂ Al₂O₅ Fe₂O₅ TlO₂ R₂O₅ B₂O CaO % 51,9 45,1 1,3 1,7 0,2 0,1 0,1

Jeder dieser Drähte hat einen Durchmesser von I9 Lu eine Länge von 3,0 mm, so daJ3 die Dichte des Gewebes etwa

10 000 - 8 000 Stück/cm² beträgt.

In den Pig. 7 und 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt. Die Klebeschicht I3 besteht aus Blei-Monoxyd, sie ist auch hier auf einer zahlreiche Brennstoff durchtrittsöffnungen 12 aufweisenden Metallbasis 11 angeordnet und sie ist überdeckt durch ein Draht-Keramikgewebe 14, das beispielsweise aus Glasfasern besteht, die längsweise in einer dicken Schicht, beispielsweise durch Beflocken, aufgetragen sind und durch einen Sintervorgang der Klebeschicht 13 mit dieser, verbunden sind. Die Metallbasis 11 ist ähnlich dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 3 und 4 aus einem,zu einem Zylinder geformten Gazematerial einer Maschenweite von etwa 24 geformt, der Durchmesser der Drähte beträgt 0,7 mm, der der BrennstoffdurchtrittscSffnuiigen etwa 1,0 - Q,£ mm. Die etwa 0,2 - 0,5 mm dlc&e Klebeschicht I3 toat dabei folgende Zusannnensetzimg:

• SlO2	Al2O, B2°3 KN*0	CaF2	CaO	MnO
47.9	7,4 20,6 18,7	5,2	0,1	"O9V
	909 826/0142

Dlpl.-Ing. Heinz Lester, Patentanwalt

Schreiben vom ■ "29-3-1966

betr.

L 7429

Blatt

Versuch 2:

Druck des Gases 550 mm Hg, Durchflußmenge 2l80 Kcal/h.

Bekanntes Verfahren

?0° 45° 60° 75°

Linksrichtung 25,9 25,6 22,8 17,9 12,1 4,22 0,28

Erfindung

Rechtsrichtung 25,3 23,6 19,9 14,44 7,5 0,28

Linksrichtung 21,3 22,5 21,6 17,9 12,4 5,18 0,57 Rechtsrichtung' 22,5 22,2 19,6 14,4 8,06 1,15

Aus den Versuchen 1 und 2 ist ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung im Vergleich mit bekannten Anordnungen einen besonders günstigen Wirkungsgrad bei einem Strahlungswert von etwa 20# bei einem Winkel von 0° hat.

In Pig. 9 sind nun die Vefchältnisse zeichnerisch dargestellt, die vorliegen bei der Verwendung von Steinkohlengas, 8 mm

i ·

j vor dem Brenner-Drahtnetz; in Fig. 10 bei der Verwendung von Butangas, 8 mm vor dem Brenner-Drahtnetz, diese Figur zeigt

die Oberflächentemperatur ,des Brennerelementes^in Abhängig-

keit von der zugeführten Energie (Durchflußmenge) und gleichzeitig den günstigen Wirkungsgrad bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber dem bekannten Verfahren.

In Fig. 11 ist die im Abgas enthaltene CO-Menge festgehalten;

in dieser Figur ist also die Beziehung zwischen dem Querschnitt

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■ ι c ο η -ι. ρ

Dipl.-!ng. Heinz le««er, Patentanwalt J^ I υ £ O | Q /

Schreiben vom 29O-1966 betr. L 7^29 Blatt

der Primärluft in Kg/mm und dem Oasdruck in mm Wg festgehalten, diese Kurven stellen die Menge an CO = 0,01 dar. Die Fig. 11 veranschaulicht den günstigen Wirkungsgrad gemäß vorliegender Erfindung: geringere Menge an CO-Gas, ., vollständigeres Verbrennen und als Ergebnis ein sichereres Verfahren.

Was schließlich noch den Rückschlag der Flamme anbetrifft, so kann ausgesagt werden, daß dieser bei den gewöhnlichen . Brennern etwa bei einer Oberflächentemperatur von 1 000° C auftritt, bei einer Durchstoßmenge von j5 500 NK cal/h im Falle der Verwendung von Steinkohlengas, bei der vorliegenden Erfindung tritt ein Rückschlag der Flamme erst bei 5 700 NK cal/h auf - es kann also festgehalten werden, daß die vorliegende Erfindung sehr sicher arbeitet.und der Rückschlag der Flamme erst bei viel höheren Temperaturen auftritt als bei den bekannten Brennern.

Die Basis des Brennerelementes, die gemäß vorliegender Erfindung ein poröses Gewebe faserigen Keramikstoffes trägt, kann aus einem keramischen Stoff oder aus einem gazeähnlichen Stoff bestehen, der eine Anzahl von Durchtrittsöffnungen aufweist. Das poröse Gewebe faserigen Keramikdrahtes kann gewoben, geflochten od. dgl. sein, also nicht nur geknüpft, wie es an Hand der Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist. Insbesondere dann, wenn das Brennerelement zylindrische Form aufweist, sollte ein nahtloser Zylinder runden Plattsngöwebes verwendet werden, der auf die Oberfläche der zyllndrisohen

9 0 9826 /0142 ^:

Dlpl.-Ing. Heinz Uu«r, Patentanwalt flV 1929187

Sdu.ib.nvom 89.3.1966 _betf, L 7429 ΒΙα«_

Basis unter Zwischenschichtung einer Klebeschicht aufgelegt ist.

Das Brennerelement gemäß vorliegender Erfindung kann auch in anderen spezifischen Raumformen vorkommen, so in einer halbkugelförmigen oder halbkreisförmigen Form, die Erfindung 1st also nicht beschränkt auf die Formen gemäß den Ausführungsbeispielen.

Es 1st bekannt, daß bei den herkömmlichen Metallbrennerelementen die Temperatur der Oberfläche des Brennzünders nicht hoch genug gesteigert werden kann, Insbesondere aus Furcht vor der Oxydationskorrosion und dem Flammenrückschlag als Folge hoher Wärmeleitfähigkeit,und.daß die herkömmlichen Keramikbrennerelemente unter Verwandung poröser Keramikmaterialien Nachteile aufwiesen, insbesondere hinsichtlich ihrer Verschleißfestigkeit als Folge ihrer geringen Featigkeitseigenschaften. Aus der Beschreibung der erfindunggwesentliehen Merkmale ist nun erdchtlich, daß die vergrößerte Oberfläche des Brennzünders durch die drahtigen Keramikwerkstoffe eine samtähnliche Oberfläche erhält«/ . so daß eine nahezu vollständige Verbrennung des Brennstoffes duroh vollständige Berührung mit der Sekundärluft vorgenommen wird, ohne daß dabei ein Flammenrückschlag auftritt bei gleichzeitiger Steigerung der Strahlung duroh die Entzündung der Drahtenden*

Duroh die erfindungeg«a»Äß» Anordnung porösen Gewebes faseriger Keramikdrähte in der Oberfläche de« Brennzünder« wird erreicht,

909826/0142 BAD origwal

DipMng. Heiin Ltmr, Patentanwalt 4 A

daß die Brennstoffdurchtrittsöffnungen frei regulierbar sind und zwar durch eine den jeweiligen Brennbedingungen anpaßbare Anordnung der Maschenweite und des Durchmessers der Drähte. Die Brennstoffeinführung kann gleichmäßig über die gesamte Oberfläche dadurch vorgenommen werden, daß die Weite und die Dicke der Durchtrittsöffnungen ausgeglichen wird, die Infrarote Strahlung kann gesteigert werden, ohne daß ein Flammenrückschlag eintritt. Es sollte außerdem darauf hingewiesen werden, daß das Brennerelement gemäß der Erfindung durch hohe Temperaturen und Flammenrückschläge nicht beschädigt werden kann, was auf die Isolation der in dicker Schicht aufgetragenen Keramikdrähte zurückzuführen ist und außerdem auf den Keramikdraht niedriger Wärmeleitfähigkeit zwischen der Oberfläche des Brennzünders und der Basis. Die Anordnung drahtiger Keramikstoffe und metallischer Drähte (thermische Arbeitsfestigkeit) und die Anordnung glatter Fasern in keramischen Draht steigert die vollständige Verbrennung des Brennstoffes durch katalytische Wirkung. Es 1st demzufolge erkennbar, daß durch die Verwendung eines Brennerelementes gemäß der vorliegenden Erfindung Brenngas entweder hohen oder niedrigen Druckes mit Vortdl zur Anwandung komaen kann, insbesondere für einen Brenner eines Oasofens.

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Claims (2)

Dipl.-lng. Halnz Lauer, Patentanwalt /f2 Schreib.» vom 29.3.I966 b8tr, L 7429Blatt Patentansprüche

1. Brennerelement, dadurch gekennzeichnet; daß die Oberfläche des Brennzünders aus einem porösen Qefüge, wie gewobenem, geflochtenem oder geknüpftem, faserigem Keramikdraht besteht, das auf einer Durchlaßöffnungen für den Brennstoff aufweisenden, keramischen, metallischen oder gazeähnlichen Unterlage angeordnet 1st.

2. Brennerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Brennzünders aus einer dicken Schicht drahtigen Keramikstoffes und metallischer Drähte (thermische Arbeitsfähigkeit) besteht, die auf einer Basis, wie keramischer, metallischer od. dgl. Basis angeordnet ist, die mit einer Anzahl von
Brennstoffdurchtrittsoffnungen versehen ist.

BAD

909826/0U2