DE1763089B2 - Waermewiderstandsfaehige, waermeisolierende wandung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine wännewiderstandsf ähige, wärmeisolierende Wandung, insbesondere für MHD-Generatoren, bestehend aus einer Mehrzahl von wärmewiderstandsfähigen, elektrisch isolierenden keramischen Blöcken, welche im wesentlichen nebeneinander angeordnet sind und deren eine Oberfläche dem heißen Gas ausgesetzt ist, während die gegenüberliegende Oberfläche von einem metallischen Kühlelement gekühlt ist, das mit einem Kühlmedium in Verbindung steht.

Eine wichtige Aufgabe bei der Konstruktion magnetohydrodynamischer Generatoren (im folgenden kurz MHD-Geaeratoren genannt) ist die Schaf fung hitzebeständiger Isolierwände, weil diese den heißen Arbeitsgasen ausgesetzt sind und daher eine hohe Betriebssicherheit und große Lebensdauer aufweisen müssen. Da das in dem Generator verwendete Arbeitsgas eine Substanz wie Kalium enthält, welche stark korrodierend wirkt und welche bei erhöhter Temperatur mit hoher Geschwindigkeit strömt, muß das für die Wandung verwendete Material in hohem Maße widerstandsfähig gegenüber

ίο Hitze, Korrosion, Verschleiß, thermischen Schock, Wärmespannung, Oxydation usw. sein und außerdem hervorragende elektrische Isoliereigenschaften aufweisen. Da keines tier zur Zeit verfügbaren hitzebeständigen Materialien die obengenannten Erforder-

»5 nisse bei erhöhten Temperaturen in ausreichendem Maße aufweis., hat man bisher hitzebeständige Wandung aus einem geeigneten hitzebeständigen Material — beispielsweise aus Alaunerde oder Magnesia — hergestellt und die rückwärtigen Ober-

flächen der Wandung gekühlt, um sie auf zulässigen Temperaturen zu halten. Es ist jedoch zu befürchten, daß derartige Wandungen infolge der während des Betriebs auftretenden Erwärmungszyklen Sprünge erhalten und zum Teil zerstört werden.

Um diese Nachteile zu vermeiden wurde bereits vorgeschlagen, die Wandung in eine Vielzahl kleiner Bereiche zu unterteilen, die mit einer Kühlplatte verbunden sind, während die zwischen den kleinen Wandbereichen vorhandenen Spalte mit einem feuerfesten Zement ausgefüllt werden, um die Reibung zwischen der Wand und dem Arbeitsgas zu verringern und außerdem zu verhindern, daß sich die elektrische Isolation der Wände infolge der Kaliumverbindungen und Wasserdampf enthaltenden, in die Wand eindringenden Arbeitsgase verschlechtert. Da jedoch der feuerfeste Zement die Eigenschaft hat, Wasser zu absorbieren, können beachtliche Mengen von Kaliumverbindungen und Wasserdampf in die Isolierwand eindringen und die elektrische Isolation der Wand verschlechtern und außerdem bewirken, daß der die Spalte zwischen öen Wandstücken füllende, feuerfeste Zement pulver iiert wird.

Es ist ferner bekannt (siehe französische Patent-

schrift 1444 830, F i g. 6), eine Mehrzahl von keramischen Blöcken mit Hilfe eines Tragelements mechanisch zusammenzuhalten. Diese Maßnahme .'Tnöglicht jedoch nicht, daß die keramischen Blöcke unabhängig an ihrem Tragelement befestigt sind.

Wenn Irgendeiner der keramischen Blöcke beschädigt wird, dann besteht die Gefahr, daß die gesamte Anordnung Schaden leidet. Diese Anordnung ist ebenfalls deshalb nachteilig, weil die keramischen Blöcke schlecht mit h.nher Genauigkeit bearbeitet werden können, so daß die einzelnen Blöcke unterschiedliche Formen aufweisen. Demzufolge ergibt sich die Notwendigkeit, den einzelnen Blöcken eine relativ komplizierte Form zu geben. Es ist schließlich bekannt (siehe französische Patentschrift 1489 050, Fig. 1) keramische Blöcke mit Hilfe eines Stiftes auf dem Kühlelement zu befestigen. Da die einzelnen Elemente nicht durch Verlötung befestigt werden, entsteht zwischen den Blöcken und dem Kühlelement ein gewisser Raum, so daß der thermische Übergang schlecht ist. Ferner müssen die einzelnen Blöcke so ausgebildet werden, daß sie eine relativ komplizierte Form aufweisen. Im Hinblick auf diesen Stand der Technik ist es

somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der

verbesserte wärmewiderstandsfähige, wärmeisolie- nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbei-

rende Wandung zu schaffen, die nicht mehr infolge spielen der erfindunssaemäiien Vorrichtung an Hand

von Wärmespannungen Sprünge erhält, und welche der Zeichnung.

bei relativ einfacher Konstruktion gewährleistet. 5 F i g. 1 zeigt ein Schnittbild, aus dem die Grunddaß keine heiße Kaliumverbindungen enthaltenden züge eines MHD-Generators zu ersehen sind:
Arbeitsgase in dieselbe eindringen können, wodurch Fig. 2 zeigt ein Schnittbild einer Generatordie elektrische isolation verschlechtert bzw. zerstört kammer eines MHD-Generators gemäß der Erfinwird. dung in schematischer Darstellung:

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Wandung io F i g. 3 zeigt ein Teilschnittbild einer Isolierwand

der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß für eine Generatorkammer eines MHD-Generators

die dem Kühlelement zugewandte Seite der Blöcke gemäß dem Stand der Technik;

mit einer metallischen Oberfläche versehen und über F i g. 4 zeigt ein Teilschnittbild einer Ausführungs-

diese mit Hilfe eines Lötmittels auf dem metallischen form einer hitzebeständigen, elektrisch isolierenden

Kühlelement befestigt sind und daß die zwischen 15 Wand gemäß der Erfindung;

den einzelnen Blöcken vorhandenen Spalten mit F i g. 5 bis 8 zeigen Teilschnittbilder verschiedener

einem feuerfesten Material gefüllt sind. Ausführungsformen der Erfindung;

Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch das Fi g. 9 zeigt ein Schniitbild eines Wandblocks

Vorsehen einer Mehrzahl von wärmewiderstands- nach Fig. 8;

fähigen, wärmeisolierenden keramischen Blöcken 20 Fig. 10 zeigt ein F "inittbild längs der Linie X-X

aus, die eine metallisierte Oberfläche aufweisen und der Fig. 9;

im wesentlichen vollkommen aut einem metallischen Fig. 11 und 12 zeigen Teilschnittbilder weiterer

Kühlelement mit Hilfe eines Lötniittels befestigt sind. Ausführungsformen gsmäß der Erfindung; Der Zwischenraum an der Berührungsfläche zwischen Fig. 13 zeigt ein Schnittbild eines Wandblocks

den Blöcken und dem metallischen Kühlelement is· 25 nach Fig. 12;

dabei vollkommen von dem Lötmittel gefüllt, was Fig. 14 zeigt ein Schnittbild längs der Linie

zur Folge hat, daß der thermische Übergangswider- IVX-IVX der F i g. 13;

stand sehr gering ist, während zur gleichen Zeit alle Fig. 15 zeigt ein Schnittbild längs der Linie

Blöcke fest an dem metallischen Kühlelement be- VX-VX der F i g. 14.

festigt sind. Das einzelne Festlöten der Blöcke auf 30 Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für ver-

dem metallischen Kühlelement ist im übrigen sehr schiedene Verwendungszwecke geeignet. Insbeson-

vorteilhaft, weil derartige keramische Blöcke nur dere ist sie als hitzebeständige, elektrisch isolierende

schwer mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden Wand einer MHD-Generatorkammer geeignet und

können. wird im nachstehenden im Zusammenhang mit

Es ist allerdings bereits bei blockartig aufgebauten 35 diesem Verwendungszweck beschrieben. Wänden von MHD-Generatoren bekannt, die Spalte In Fig. 1 ist ein bekannter MHD-Generator im

zwischen den einzelnen Blöcken mit feuerfestem, Querschnitt dargestellt. E^:ne Oeneratorkammer 12

isolierenden Material auszufüllen (britische Pa- ist aus einer Wand 10 eines geeigneten, hitzebestän-

tentschrift 1041470; französische Patentschrift digen, elektrisch isolierenden Materials gebildet. In

1384441). 40 Richtung des gestrichelt eingezeichneten Pfeils A

Um die thermischen Beanspruchungen der kera- verläuft ein durch Gleichstrom erzeugtes magnetimischen Blöcke auf Grund von Unterschieden der sches Feld in der Kammer 12. Die Magnetanordnung thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den (nicht dargestellt) ist außerhalb der Generator-Blöcken und dem Kühielement klein zu halten, kann kammer angeordnet. Etwa senkrecht zum Magnetfeld der Teil des metallischen Kühlelements, welches in 45 strömt ein heißes Arbeitsgas durch die Kammer 12. Berührung mit den keramischen Blöcken gelangt, Das Arbeitsgas wird im allgemeinen auf eine aus einem dünnen metallischen Blech hergestellt Temperatur in der Größenordnung von 2000 Grad sein. Zusätzlich dient das Lötmittel zwischen den bis 3000 Grad K erhitzt und kann einen Anteil keramischen Blöcken und dem metallischen Kühl- eines geeigneten Alkalimetalls enthalten, beispielselement als Element, um Differenzen des thermischen 50 weise Kalium, um den heißen Gasstrom infolge Ausdehnungskoeffizienten zu kompensieren. seiner thermischen Ionisation elektrisch leitend zu

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung machen. Zwei Elektroden 14, 14 sind einander

ist dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Ma- gegenüberliegend in der Ceneraturkammer 12 ange-

terial dasselbe wie das der Blöcke ist und daß die ordnet. Infolge des Zusammenwirkens des heißen

Oberfläche dieses Materials im wesentlichen mit der 55 Gasstromes mit dem magnetischen Feld im Innen- Oberfläche der Blöcke fluchtet, so daß sich eine raum wird in bekannter Weise an den Elektroden

kontinuierliche Oberfläche ergibt, welche den heißen elektrische Energie erzeugt.

Gasen ausgesetzt ist. Da das Arbeitsgas durch die Generatorkammer Im allgemeinen erscheint es als zweckmäßig, wenn bei erhöhter Temperatur und mit hoher Geschwin-

das feuerfeste Material sich durch die Spalte zwi- 60 digkeit strömt und außerdem ein stark korrodieren-

schen den Blöcken bis zu einer gewissen Tiefe des Element, beispielsweise Kalium enthält, muß

erstreckt und daß ein synthetisches Harz den ver- die d's MHD-Generatorkammer 12 bildende tsolier-

bleibenden Teil der Spalte füllt. wand 10 in hohem Maße widerstandsfähig gegen

Zudem ki es vorteilhaft, wenn mit dem metalli- Hitze, Korrosion, Verschleiß, thermische Schocks,

sehen Kühlelement ein elektrisch isolierendes ring- 65 Wärme, Spannung, Oxydation usw. und außerdem

förmiges EL-ment fest verbunden ist und daß zwi- ein guter elektrischer Isolator sein. Um diesen

sehen dem metallischen Kühlelement und dem Forderungen zu genügen, war es bisher üblich, eine

Isolierelement ein Kün!kanal vorhanden ist. Isolierwand der in Fig. 2 dargestellten Art zu ver-

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wenden. Hier sind die der F i g. 1 entsprechen- Isolierelements 26 ist mit einem metallischen Teil 28

den Teile mit den gleichen Bezugszeichen be- fest verbunden. Dieses ist in eine elektrische Isolation

zeichnet. 30 eingebettet, die in Zwischenräumen zwischen je

Die in Fig. 2 dargestellte Generatorkammer 12 zwei aneinandergrenzenden metallischen Bauteilen 27 weist einen zusammengesetzten Aufbau auf, und 5 liegen. Die außen liegenden Oberflächen der Teile 27, enthält eine Schicht 16 eines geeigneten, hitze- 28 und 30 liegen in einer Ebene und bilden gemeinbeständigen, elektrisch isolierenden Materials, bei- sam die Außenwand der Isolierwand 10. spielsweise Alaunerde-oder Magnesia-Porzellan, und Wie in Fig. 3 gezeigt* sind die Zwischenräume einen Kühlmantel 18, der die äußere Oberfläche der zwischen den Kühlgliedem 24 mit feuerfestem Ma-Schicht 16 unmittelbar berührt. Eine geeignete to terial 32, beispielsweise mit Alaunerde-Zement aus-Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, fließt durch gefüllt, so daß sie gemeinsam mit den Kühlgliedem einen Einlaß 20 in den Kühlmantel 18 und durch 24 eine glatte Oberfläche, nämlich die innere Obereinen Auslaß 22 wieder heraus. Mit anderen Worten, fläche der Wand, bilden. Diese Oberfläche begrenzt die hitzebeständige elektrisch isolierende Wand. die Generatorkammer 12, durch die das heiße besteht aus der Isolierschicht 16 und dem Kühl- 15 Arbeitsgas in Richtung des Pfeils B strömt, mantel 18 und wirf bei für die Wand zulässigen Kühlkanäle 34 verlaufen durch sämtliche metalli-Temperaturen oder bei noch niedrigeren Tempera- sehen und isolierenden Glieder 27 und 26 in der türen verwendet, indem man die Schicht mit Hilfe Weise, daß sie diejenigen Enden der Kühlglieder, des Kühlmantels kühlt. die von der Generatorkammer abgewandt sind.

Es ist jedoch bekannt, daß Isolierwände, wie sie ao berühren. Ferner ist eine Vielzahl von Trennwänden

in Fig. 2 dargestellt sind, einen schlechten Kontakt 36 vorgesehen, und zwar ist jedem Kühlglied eine

zwischen dem Kühlmantel 18 und der Isolierschicht Trennwand zugeordnet. Jede Trennwand 36 unter-

16 aufweisen. Bei Vergrößerung der Schicht 16 bricht den Kühlkanal 34 und ragt in eine in dem

besteht die Gefahr, daß die Schicht infolge von zugeordneten Kühlglied 24 ausgebildete öffnung.

Unterschieden der Wärmeausdehnung, die ihre as so daß ein K;ihldurchgang38 gebildet wird, dessen Ursache in den während der Erwärmungszyklen beide Enden mit dem Kanal 34 in Verbindung

entstehenden Temperaturgradienten haben, an ver- stehen. Um ein Auslaufen der Kühlflüssigkeit an den

schiedenen Stellen springt. Und dies führt zu Verbindungsstellen der isolierenden und metallischen

Schwierigkeiten, die während der gesamten Benut- Glieder 26, 24 und 27 zu verhindern, sind um jedes

zungszeit der Wand andauern. Insbesondere wird 30 Isolierelement 26, beidseitig des Kühlkanals 34, je

durch die Ausbildung von Zwischenräumen zwischen zwei O-Ringe 40 angeordnet. Fließt die Kühlflüssig-

der Isolierschicht 16 und dem Kühlmantel 18 die keit, beispielsweise Wasser, durch den Kanal 34.

Wärmeübertragung der Schicht 16 an den Kühl- dann prallt es gegen die hintereinander angeordneten

mantel 18 stark verringert, da die Wärmeleitfähig- Trennwände 36, die es in die Durchgänge 38 leiten,

keit der in die Zwischenräume eindringenden Luft 35 so daß die entsprechenden Kühlglieder 24 gekühlt

extrem niedrig ist. werfen.

Die Ausbildung solcher Zwischenräume kann bis Bei einer solchen Wand verursachen der Beginn zu einem gewissen Grad dadurch verhindert werfen. und die Beendigung der Einleitung eines heißen daß man einen geeigneten feuerfesten Zement zwi- Arbeitsgases in die Generatorkammer 12. Verändeschen die Isolierschicht und den Kühlmantel nach 40 rangen des Gaszustandes oder Änderungen der dem Zusammenbau der Generatorkammer einfüllt. Strömungsgeschwindigkeit und der Temperatur der Dennoch bewirkt das durch die fertiggestellte Kühlflüssigkeit o. ä. thermische Schocks und Wärme-Generatorkammer strömende heiße Arbeitsgas spannungen in den Materialien, aus denen die Teile unvermeidliche Unterschiede der Wärmeausdehnun- 24. 26 und 32 bestehen. Hierfurch werfen in dem gen in der Dicke der Isolierschicht, wodurch diese 45 feuerfesten Material 32 Risse und zwischen dem deformiert wirf. Diese Deformation führt notwen- feuerfesten Material und dem angrenzenden Kühldigerweise zur Ausbildung von Zwischenräumen glied 24 Zwischenräume entstehen. Deshalb muß 1, zwischen der Schicht und dem Kühlmantel. Es sind man befürchten, daß das feuerfeste Material 32 zu i! daher Bestrebungen im Gange, bei MHD-Genera- einem Teil in die Generatorkammer 12 gelangt, toren, die für längere Betriebszeiten gedacht sind. 50 Die Erfindung hat skh daher die Aufgabe gestellt, wassergekühlte Isolationswände vorzusehen wie sie die aufgezeigten Nachteile zu überwinden und eine in F i g. 3 dargestellt sind. hitzebeständige, elektrisch isolierende Wand mit

Die hitzebeständige, elektrisch isolierende Wand verbessertem Kühleffekt zn schaffen, bei der ein herkömmlicher Art ist in Fig. 3 mit dem Bezugs- Springen infolge von Wärmeausdehnungen und zeichen 10 bezeichnet. Sie weist eine Vielzahl von 55 Schrumpfung während der thermischen Zyklen >er-Kühlgliedern 24 in Form eines hexagonalen oder hindert ist und die außerdem nur geringe Wärmekreisförmigen Zylinders aus einem geeigneten Metall Verluste bei einfacherer Konstruktion aufweist, mit hober Wärmeleitfähigkeit auf. Diese Kühlglieder In Fig. 4 sind diejenigen Teile, die mit den in sind zueinander ausgerichtet und in etwa gleichen Fig. 3 dargestellten übereinstimmen oder diesen Abständen, elektrisch isoliert voneinander derart 60 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen verseben, angeordnet, daß Spalte zwischen ihnen hegen. Die Gemäß dieser Ausbfldungsfonn der Erfindung um-KühlgKeder 24 sind fest mit einer Vielzahl zueinan- faßt eine hitzebeständige, elektrisch isolierende Wand der ausgerichteter elektrisch isolierender Elemente 1Θ eine Vielzahl isolierender Wandblöcke 42 in 76 verbunden, die mit metallischen Bauteilen 27 so Form eines etwa hexagonalen oder kreisförmigen abwechseln, daß je zwei aneinander angrenzende 65 Zylinders oder eines Würfels aus einem geeigneten. Kühlglieder 24 auf gegenüberliegenden Sehen eines hitzebeständigen, elektrisch isotierenden Material, bei-Isoiierelements 26 gehäkelt sind. Das von dem zn- spielsweise aus Alatmerde, Magnesia oder BeryUiumgecrdsctcn Kühlgüed entfernt Segeode Ende jedes Porzellan, die yiiemander ausgerichtet end in etwa

gleichen Abständen voneinander angeordnet sind, so erfahren, indem man die Breite der Blöcke und

daß zwischen ihnen schmale Spalte vorliegen. die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels ein-

Jeder Isolierblock 42 weist auf seiner von der stellt.

Generatorkammer 12 entfernt liegenden Oberfläche Fig. S zeigt eine weitere Ausbildungsform der

eine metallisierte Schicht43 auf, die in Fig. 4 über- 5 Erfindung, bei der jedes metallische Kühlglied24

trieben dargestellt ist. Die Metallisierung dieser mit einer Vielzahl hitzebeständiger, elektrisch isolie-

Endflächen der Isolierblöcke 42 kann dadurch er- render Blöcke 42 verbunden ist, die abwechselnd mit

reicht werden, daß auf diese Oberflächen ein einem feuerfesten Material 32, ähnlich dem feuer-

Molybdän- öder Manganpulver aufgebracht wird festen Material32 der Fig. 4, angeordnet sind. Im

und die Blöcke dann zusammen mit dem aufge- io übrigen entspricht die Anordnung der in Fig. 4

brachten Pulver in Wasserstoffatmosphäre bei etwa dargestellten.

1500° C gebrannt werden, so daß sich Sintermetall- F i g. 6 zeigt einen einfacheren Aufbau der erfinschichten 43 bilden, die mit dem Isolierblock 42 fest dungsgemäßen Vorrichtung, bei der eine Vielzahl verbunden sind auf Grund der sich dabei ausbilden- hitzebeständiger, elektrisch isolierender Blöcke 42 den Zwischenschichten. Jeder Block 42 wird dann 15 mit feuerfesten Schichten 32 abwechseln, die aus mit semer metallisierten Oberfläche 43 fest mit einem einem ähnlichen Material bestehen, wie bei den in metallischen Kühlglied24, wie es oben beschrieben den Fig. 4 und 5 dargestellten Anordnungen. Sie wurde, beispielsweise durch Verlöten verbunden. sind unmittelbar mit einem kombinierten Träger Das Kühlglied 24 besteht vorzugsweise aus einem und Kühlblock 46 über die metallisierten Ober-Metall mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, 30 flächen 43 der Blöcke verbunden. Ein Kühlkanal 34 der dem für die Blöcke 42 verwendeten Material erstreckt sich durch den Block 46. etwa gleicht. Hierzu sind beispielsweise folgende Es ist zu verstehen, daß dann, wenn die hitze-Metalle geeignet: Nickel-Chromlegierungen, Kupfer- beständigen, elektrisch isolierenden Blöcke und das legierungen, Molybdän usw. feuerfeste Material — wie in den F i g. 4 bis 6 ge-

Nach F i g. 4 sind je zwei aneinander angrenzende 35 zeigt — Wasser absorbieren, auch die Kaliumverbinmetallische Kühlglieder 24 auf ihren einander gegen- düngen und der in einem Arbeitsgas enthaltene überliegenden Seiten mit einem Vorsprung 44 eines Wasserdampf während des Betriebs in sie eindrin-Muallblocks 46 verbunden, durch den sich ein gen. Hierdurch ist jedoch zu befürchten, daß sich Kühlkanal 34 erstreckt. Dabei können die Metall- die Isoliereigenschaften der Blöcke und des feuerglieder 24 mit den entsprechenden Vorsprüngen 44 30 festen Materials verschlechtern und daß das feuerverlötet sein. Es ist aber auch möglich, sie an den feste Material auch teilweise in die Generatorkam-Vorsprüngen mittels O-Ringe aufweisenden Schrau- mer 12 gelangt. Um diesen Nachteil zu verhindern, ben (nicht dargestellt) zu befestigen, um ein Aus- wird eine Anordnung, wie sie in Fig. 7 gezeigt ist, fließen der Kühlflüssigkeit an der Verbindungsstelle geschaffen.

der Glieder 24 und 44 zu verhindern. In die zwischen 35 Die Anordnung nach F i g. 7 zeigt einen hitzeje zwei aneinander angrenzenden Isolierblock- und beständigen, elektrisch isolierenden Überzug 48, der Kühlgliedkombinationen 42 bis 24 ausgebildeten auf die Innenflächen der isolierenden Blöcke 42 und Spalte ist ein feuerfestes Material 32, beispielsweise der feuerfesten Schichten 32 aufgebracht i&:. Der Alaunerde- oder Magnesiazement, eingebracht Im Überzug 48 kann durch Aufbringen eines Pulvers übrigen ist die Anordnung praktisch der in Fig. 3 40 des gleichen Materials, wie es auf den gegenüberdargestellten gleich. Es soll jedoch darauf hingewie- liegenden Oberflächen der Blöcke verwendet wurde, sen werden, daß die Spalte zwischen den metallischen mit Hilfe einer Plasma-Jet Vorrichtung (nicht dar-Kühlgliedern 24 im Vergleich zu denjenigen zwischen gestellt) erzeugt werden. Beim Betrieb kommt der den Blöcken 42 in Querrichtung groß sind und Überzug48 unmittelbar mit dim Arbeitsgas in Bebilaterale Ausdehnungen aufweisen. 45 running und verhindert daß Kaliumverbindungen

Da der Teil der Isolierwand 10, der dem heißen und Wasserdampf, die in dem Gas enthalten sind,

Arbeitsgasstrom ausgesetzt ist aus einer Vielzahl in die Isolierblöcke und die feuerfesten Schichten

isolierender Blöcke 42 aufgebaut ist deren metalli- eindringen.

sierte Schichten 43 mit den metallischen Kühlgliedern Es soll ferner darauf hingewiesen werden, daß das

24 verbunden sind und durch das durch den Kanal 50 metallische Kühlglied in Fig. 7 einen U-förmigen

34 und die Durchgänge 38 in dem metallischen Block Querschnitt aufweist und im Vergleich zu den in den

46 und in den metallischen Gliedern24 fließende Fig. 4 und S dargestellten Gliedern dünn ausgebil-

Kühlmittel wirksam gekühlt werden, kann die det ist Das die beiden Schenkel des U verbindende

Wärmeübertragung an den zwischen den Isolier- Glied des Kühlglieds24 ist mit der metallisierten

blöcken 42 und den Küblgliedem 24 befindlichen 55 Oberfläche 43 jedes Isolierblocks 42 verlötet wäh-

Grenznachen verbessert werden, so daß ein Springen rend die beiden Schenkel an ihren Enden mit einem

der Blöcke auf Grund ihrer Wänneausdehnung ver- metallischen Träger 25 verbunden sind, um einen

mindert und ferner der Wärmeverlust verringert Teil eines Kühlmitteldurchgangs 38 zu bilden. Im

werden. Außerdem ist der Aufbau der Wand relativ übrigen entspricht die Anordnung den in Fig. A

einfach. Selbst wenn das zwischen je zwei anein- 60 oder S dargestellten.

andergrenzende metallische Glieder 24 eingebrachte Die Kühlglieder 24 weisen im allgemeinen einer

feuerfeste Material 32 infolge seiner Wärmeausdeh- anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf als die

nung und Konstruktion brechen sollte, wird doch Blöcke 42 und werden auf Grund dieses Unter

verhindert daß der gebrochene Teil aus der Wand schieds während der Erwärmungszyklen stark ii

in die Generatorkammer gelangt 65 Anspruch genommen. Um eine solche Beanspru

Die dargestellte Anordnung ermöglicht, daß die cfaung der Kühlglieder TA zu ermöglichen, sind si«

Isolierblöcke 42, die dem Strom des heißen Arbeit s- so dünn gemacht, wie es ihre mechanische Festigkei

gases ausgesetzt sind eine Temperaturregelung zuläßt Vorzugsweise wird für die Kühlglieder eil

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Materia· ausgewählt, dessen Wärmeavisdehnungs- Grur.J seiner WasserabsιDφtion verschlechtern und koeffizitat sich dem des für die hitzebeständigen, daß das Material wie oben beschrieben, während des elektrisch isolierenden Blöcke 42 verwendeten Ma- Betriebs in die Generatorkammer gelangt. Beim terials annähert. Geeignete Materialien sind bei- Gebrauch eines synthetischen Kunstharzes ist dies spielswdse Nickellegierungen, Molybdän, Kupfer 5 nicht zu befürchten.

und rostfreier Stahl. Es wurden mit hitzebeständigen, elektrisch isolie-

Auch in Fig. 8 sind diejenigen Bauteile, die mit renden Wänden, die der in den Fig. 8 bis 10 darden in den Fig. 4 und 5 dargestellten Bauteilen gestellten Wand 10 entsprechen, Versuche unter übereinstimmen oder diesen entsprechen, mit glei- Arbeitsbedingungen durchgeführt, die von einer chen Bezugszeichen versehen. In Fig. 8 ist ein io Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma-Strahlen weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung darge- geschaffen wurden und wesentlich strengere Anforstellt, welches sowohl in bezug auf seine mechanische derungen stellten, als die Erwärmungszyklen eines Festigkeit als auch auf seine elektrische Isolierfäbig- MHD-Generators. Hierbei wurde ein Plasma-Strahl keit verbessert ist. Die Anordnung umfaßt eine auf eine Wand gerichtet, die eine Vielzahl von Vielzahl unter sich gleich aufgebauter Einheiten, die 15 hitzebeständigen, elektrisch isolierenden Blöcken mit einem einzigen Träger und Kühlblock 46 ver- enthielt, welche aus Alaunerde-Keramik mit Durchbunden sind, durch den ein Kühlkanal 34 verläuft. messern von 30 mm und Dicken von 8 mm bestan-Eine dieser Baueinheiten ist im Längs- und Quer- den. Die Oberflächentemperatur der Wand betrug schnitt in den Fig. 9 bzw. 10 dargestellt. Jede Bau- zwischen 1500 und 2000⁰C bei einem Wärmeverlust einheit umfaßt einen hitzebeständigen, elektrisch 30 von 150 bis 180 Watt/cm². Die Blöcke und die isolierenden Block 42 wie oben beschrieben, ein feuerfesten Schichten erhielten keine Sprünge, metallisches Kühlglied 24 in Form einer dünnen Bei der in F i g. 11 dargestellten Vorrichtung sind Folie, die an der metallisierten, rückwärtigen Ober- für Komponenten, die den in Fig. 8 dargestellten fläche 43 des Blocks 42 verlötet ist, und ferner einen Komponenten entsprechen, gleiche Bezugszeichen durchbohrten Träger50 aus Metall, der mit den 35 gewählt. Die Anordnung der Fig. 11 entspricht im Blöcken hermetisch derart verlötet ist, daß zwischen wesentlichen den in den Fig. 8 bis 10 gezeigten, beiden ein schmaler Spalt bleibt. Der Träger 50 jedoch mit dem Unterschied, daß die unmittelbar weist zwei Längsbohrungen 51 und 52, die mit dem mit einem Metallträger 50 über ein dünnes Kühlglied Spalt in Verbindung stehen, und ferner zwei seit- verbundenen Blöcke weggelassen sind. In diesem liehe Bohrungen 53 und 54 auf. die mit den Längs- 30 Fall dienen die Träger als Kühl°'ieder. Die von der bohrungen 51° bzw. 52 in Verbindung stehen und Generatorkammer abliegenden, 'rückwärtigen Obereinen Kühldurchgang, wie oben beschrieben bilden. flächen jedes Blocks 42 sowie Teile der an diese Die Träger 50 sind dicht mit einem gemeinsamen rückwärtige Oberfläche angrenzenden Seitenwände Kühlblock 46, beispielsweise durch Schweißen oder sind metallisiert. Diese metallisierten Oberflächen Löten, verbunden. Durch diesen Kühlblock verläuft 35 sind mit einem Kühlblock 46 verlötet. Auf diese ein Kühlkanal 34 so, daß er mit den Bohrungen 53 Weise werden die Blöcke unmittelbar gekühlt, so bzw. 54 in Verbindung steht Wie bisher üblich, sind daß sich eine Verbesserung der Kühlwirkung zeigt, zu beiden Seiten des Kanals 37 zwei O-Ringe 40 um Fig. 12 zeigt eine AnoHnung, ähnlich den in

jeden Träger 59 angeordnet. den Fig. 8 bis 10 dargestellten; die entsprechenden

Die Dicke des Blocks 42 wird u. a. durch die 40 Bestandteile sind daher mit den gleichen Bezugs-Wärmeleitfähigkeit des Materials, aus dem er besteht, zeichen versehen. Die Anordnung weist in ähnlicher und die Arbeitsbedingungen des Arbeitsgases be- Weise eine Vielzahl von Wandeinheiten einer unter stimmt. Sie beträgt vorzugsweise etwa 10 mm. Das sich gleichartigen Konstruktion auf, die mit einem Kühlglied 24 wird vorzugsweise so dünn wie möglich einzigen Kühlblock verbunden sind. Eine der Wandgemacht, und zwar aus den zu Fig. 7 genannten 45 einheiten ist im Längsschnitt in Fig. 13 dargestellt. Gründen. Besteht das Kühlglied 24 aus Molybdän, Durch verschiedene Ebenen gelegte Querschnitte dann ist seine Dicke etwa 0,5 mm oder weniger. sind in den Fig. 14 und 15 dargestellt. Jeder hitze-

Wie in Fig. 8 gezeigt, sind die zwischen je zwei beständige, elektrisch isolierende Block42 weist auf aneinander angrenzenden Isolierblöcken 42 befind- der der Generatorkammer abgelegenen Oberfläche liehen Spalte mit einem geeigneten feuerfesten Ma- 50 eine Metallisierung auf und ist mit einem metalliterial32, wie oben beschrieben, ausgefüllt. Die sehen Kühlglied 24 in Form einer dünnen Folie zwischen je zwei aneinander grenzenden Trägem 50 verlötet Eine Hülse 56 aus Metall verbindet die befindlichen Spalte sifld mit einem elektrisch isolie- Blöcke 42 und das Kühlglied 24 mit einem ringrenden Material 33, beispielsweise einem Epoxy- förmigen, elektrisch isolierenden Glied 58, dessen Harz, ausgefüllt Experimente zeigten, daß Stellen 55 Außenfläche ausgekehli ist, um einen engen Durchin der Wand 10, die etwa 5 oder 10 mm von der dem gang zu bilden. Das obere Ende des Isolierglieds 58, heißen Arbeitsgas ausgesetzten Oberfläche entfernt welches zur Hülse 56 hinweist, ist metallisiert und liegen, Temperaturen von ungefähr 150 bzw. 110° C mit der Hülse verlötet oder verschweißt Das Isolieraufwiesen. Hieraus ergibt sich, daß ein Kunstharz, glied 58 ist über einen Metallträger 50 mit einem beispielsweise Epoxyharz, mit relativ geringer Feuer- 60 gemeinsamen Kühlblock 46 verbunden, wie oben in festigkeit verwendet werden kann, um die Spalte bezug auf die Fig. 8 bis 10 beschrieben wurde. Das zwischen den Trägern auszufüllen, die auf geringeren untere Ende des Isolierglieds 58, welches zum Träger Temperaturen liegen. Hierdurch wird verhindert, daß 50 hinweist, ist ebenfalls metallisiert und mit diesem die elektrische Isolation herabgesetzt wird. Würde verlötet oder verschweißt in den Spalten zwischen den Trägern ein feuerfestes 65 Zur Bildung von Kühldurchgängen 38 für jeden Material, wie Alaunerde oder Magnesiazement Block 42 ist der Träger 50 in der gleichen Weise wie verwendet, so wäre zu befürchten, daß sich die bei Fig. 9 beschrieben, durchgebohrt Seine Längselektrischen Eigenschaften dieses Materials auf bohrungen 51 und 52 stehen mit dem Soalt über die

entsprechenden, durch das Isolierglied verlaufenden Bohrungen, die mit diesem ausgerichtet sind, in Verbindung. Im übrigen entspricht die Anordnung den in F i g. 8 bis 10 beschriebenen.

Die Verwendung des Isolierglieds 58 verbessert die Isolationseigenschaften der Wand.

Wenn die Erfindung auch nur in Verbindung mit einigen vorzugsweisen Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, so können doch zahlreiche Änderungen vorgenommen werden, ohne den durch die

Erfindung gesteckten Rahmen zu verlassen. Beispielsweise können die metallischen Kühlglieder 24 mit dem Kühlblock 46 durch Schrauben oder durch Verschweißen verbunden sein. Zwar wurde die Erfindung im Zusammenhang mit einer Generatorkammer beschrieben, sie kann jedoch auch bei Verbrennungskammern, Beschleunigungsdüsen, Diffussionsröhren und anderen Vo "richtungen, bei denen ein heißes Gas verwendet wird, gebraucht werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Wärmewiderstandsfähige, wärmeisolierende Wandung, insbesondere für MHD-Generatoren, bestehend aus einer Mehrzahl von wärmewiderstandsfähigen, elektrisch isolierenden keramischen Blöcken, welche im wesentlichen nebeneinander angeordnet sind und deren eine Oberfläche dem heißen Gas ausgesetzt ist, während die gegenüberliegende Oberfläche von einem metallischen Kühlelement gekühlt ist, das mit einem Kühlmedium in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Kühlelement zugewandte Seite der Blöcke (42) mit einer metallischen Oberfläche versehen und über diese mit Hilfe eines Lötmittels auf dem metallischen Kühlele:nent (24) befestigt sind und daß die zwischen Jon einzelnen Blöcken (42) vorhandenen Spalten mit einem feuerfesten Material (32) gefüllt sind.

2. Wandung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Kühlelement einen Teil aus einem dünnen metallischen Blech (24) aufweist, dessen eine Oberfläche auf der metallisierten Oberfläche der einzelnen Blöcke (42) festgelötet ist, während die gegenüberliegende Oberfläche dem Kühlmittel ausgesetzt ist (Fig. 8).

3. Wandung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Material (32) dasselbe wie das der Blöcke (42) ist und daß die Oberfläche dieses Mater. Js (32) im wesentlichen mit der Oberfläche der Blöcke (42) fluchtet, so daß sich eine kontinuierliche Oberfläche (48) ergibt, welche den heißen Gasen ausgesetzt ist (Fig. 7).

4. Wandung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Material (32) sich durch die Spalte zwischen den Blöcken (42) bis zu einer gewissen Tiefe erstreckt und daß ein synthetisches Harz (32) den verbleibenden Teil der Spalte füllt (Fig. 11).

5. Wandung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem metallischen Kühlelement (24) ein elektrisch isolierendes ringtormiges Element (48) fest verbunden ist und daß Z^-Ai sehen dem metallischen Kühlelenunt (24) und dem Isolierelement (48) ein Kühlkanal vorhanden ist.