DE1763089B2 - Waermewiderstandsfaehige, waermeisolierende wandung - Google Patents
Waermewiderstandsfaehige, waermeisolierende wandungInfo
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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.
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:
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
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
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
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
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
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
kontinuierliche Oberfläche ergibt, welche den heißen elektrische Energie erzeugt.
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
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
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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.
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.
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
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.
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
9 10
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)
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.
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- 1968-04-22 US US723046A patent/US3514646A/en not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |