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Katalytischer Brenner und Verfahren zur Bildung einer katalytischen
Einheit Die Notwendigkeit eines Verfahrens zur selbsttätigen Reinigung von Koch-
und Bratstellen sowie Ofen hat die Ofen- und Herdehersteller veranlaßt, katalytisch
wirkende Einrichtungen zu verwenden, welche die Kohlenwasserstoffe, die denjenigen
Teil der Abdämpfe ausmachen, die Rauch erzeugen, eliminieren.
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Moderne KUchenkoch- und -Bratöfen sind häufig in die Wände eines Hauses
eingebaut, was es ausserordentlich schwierig oder sehr teuer macht, den Rauch vom
Ofen abzuleiten. Obwohl es möglich ist, einen Herd ohne Abzug zu bauen und die Abdämpfe
unmittelbar in den Raum abzuleiten, ist dies selten zufriedenstellend, da Abdampfteilchen
in einen Bereich gelangen, in denen sich Menschen aufhalten, Es sind auf dem Markt
abzuglose IIauben erhältlich, welche die Entlüftung des Rauches in den Raum ermöglichen.
Bei den bekanntesten dieser abzuglosen Hauben ist eine Adsorption durch aktivierte
Holzkohle in einer umlaufenden Luftströmung vorgesehen. Die Lebensdauer einer solchen
Vorrichtung ist jedoch sehr beschränkt und ferner ist die Vorrichtung umständlich
zu warten.
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Die Rauchbeseitigung ist ferner ein Problem, wenn ein Versuch gemacht
wird, bei geschlossener Türe zu braten. Bei den meisten gegenwärtigen Haushalt-Bratarbeiten
muß die Türe des Ofens leicht angelehnt gehalten werden, damit verhältnismässig
grosse Luftmengen innerhalb des bfens zirkulieren können, um die Lufttemperatur
des ganzen Ofens unterhalb der Backtemperaturen zu halten.
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Die meisten modernen Öfen bzw. Herde arbeiten unter 260°C (500°F),
was nicht ausreicht, alle Xohlenwasserstoff-Abdämpfe zu verbrennen, die beim Kochen
bzw. Braten entstehen. Ferner müssen die Temperaturen unter 260°C (5oo0F) wegen
der Gefahr gehalten werden, daß die Speisen verbrennen. Wenn die Temperaturen ausreichend
erhöht werden, können die Kohlenwasserstoffabdampfe verbrannt werden, ohne daß der
Küchenbereich verunreinigt wird. Es entstehen mehrere Probleme, wenn hohe Temperaturen
allein verwendet werden, um den Kohinwasserstoffrauch zu eliminieren. Beispielsweise
ist es schwierig, die Temperaturen in einem Küchenherd über 4SoOC (9oo0F) zu erhöhen
und ferner erfordern erhöhte Temperaturen gewöhnlich eine dicke Isolierung, wodurch
die Kosten und-der Raumbedarf eines solchen Ofens erhöht werden.
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Eine katalytische Einheit, welche als Teil eines "Selbstreinigungs-Mechanismus"
verwendet wird, setzt die Temperatur, bei welcher in der Luft schwebende Kohlenwasserstoff-Abdämpfe
verbrennen, beträchtlich herab.
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Bei den früheren katalytischen Einheiten wurde ein einziges flächenhaftes
Stück eines behandelten Maschensiebes verwendet, das quer zur Ofenentlüftung angeordnet
war. Bei dieser besonderen Art von katalytischer Einheit besteht eine sehr kurze
Verweilzeit und wird diese Einheit normalerweise ohne einen Vorwärmer verwendet.
Die Verweilzeit ist derjenige Zeitraum, während welchem sich ein Kohlenwasserstoff
in unmiitelbarer Nähe des Katalysators befindet.
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Bei einer anderen Bauart für die katalytische Einheit wird eine Reihe
von gestapelten Sieben, von denen einige mit einem Katalysator behandelt worden
sind, in einem Gehäuse verwendet, wobei ein Nichrome-Draht durch die Siebe gewebt
ist. Der Nichrome-Draht wird als Heizelement verwendet und einige der Siebe werden
als Umle'nkflächen verwendet, um die Verweilzeit zu erhöhen. Bei dieser Art wird
zwar eine erhöhte Verweilzeit erhalten, jedoch ist sie immer noch sehr unwirksam
und es ergibt sich ein hoher Druckabfall.
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Wie sich aus den beiden vorangehend gegebenen Beispielen ergibt, besteht
eines der Probleme darin die Säule verunreinigter Luft in physikalischem Kontakt
mit dem Katalysator während eines Zeitraums zu halten, der ausreichend lang ist,
daß er seine Wirkung ausüben kann.
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Bei einer weiteren Bauart der katalytXschen Einheit werden beschichtete
Perlen aus Hartkeramik fa''9fnem Gehäuse verwendet. Ute Zwischenräume zwischen den
Perlen bilden die kanäle, durch welche die verunreinigte Säule strömt, wobei die
Perlen ihrerseits als Umlenkflächen wirken.
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Eine Siebeinheit ist beispielsweise Gegenstand des USA-Patentes 2.607.§63.
Obwohl dieses Patent nicht auf eine katalytische Einheit für die erfindungsgemässen
Zwecke gerichtet ist, kann es als Xeispiel für die Siebtechnik dienen.
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pos USA-Patent 2.887.456 offenbart eine katVlytische Einheit, bei
welcher ein glatter Metallstreifen sowie ein quer gewellt ter Metallstreifen verwendet
wird, die miteinander spiralig gewickelt sind. Der gewellte Streifen ist an seinen
Flächen mit einem Katalysator behandelt. Eine Schwierigkeit bei einer solchen Binheit
besteht in dem Umstand, daß die Beschichtung des Katalysators auf einer Metalloberfläche
ist. Ferner muß ein beträchtlicher Anteil der Kosten dieser Einheit für den Beschichtungsvorgang
aufgewendet werden.
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In der beiliegenden Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine Ansicht der erfindungsgemässen
katalytischen Einheit von unten; Fig. 2 eine Draufsicht der katalytischen Einheit;
Fig. 3 eine Ansicht der katalytischen Einheit nach Fig. 1 und 2 im Schnitt und Fig.
4 eine Ansicht im Schnitt und teilweise im Aufriß, welche die katalytische Einheit
in einen Ofen eingebaut zeigt.
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Die Erfindung ist auf eine katalytische Einheit gerichtet, bei welcher
eine Anordnung eines Asbeststreifens verwendet wird, der mit einem Katalysator behandelt
worden ist und spiralig mit einem quergewellten Metallstreifen gewickelt ist. Die
Anordnung ist in einem Gehäuse angeordnet, das an den beiden entgegengesetzten Seiten
offen ist. Die Einheit kann mit einem Vorwärmer verwendet werden, der sich von ihr
inAbstand befindet. Der Vorwärmer ist so angeordnet, daß die Luftsäule durch ihn
erhitzt wird.
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In der Zeichnung ist eine katalytische Einheit lo innerhalb eines
Ofens 12 gezeigt, bei dem ein Vorwärmer 14 untrhalb und in unmittelbarer Nähe zur
Einheit lo angeordnet ist.
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Die katalytische Einheit lo besitzt ein Gehäuses6, einen quer gewellten
Streifen 18, der spiralig mit einem Asbeststreifen 20 gewickelt ist, welcher seinerseits
mit einer Palladiumsuspension behandelt worden ist. Die beiden Streifen bilden einen
Zylinder mit einem Durchmesser von etwa 7,5 cm (etwa 3 "). Für den Streifen 20 wird
Asbest verwendet, da es ausserordentlich hohen Temperaturen standhalten kann und
da es sehr gute Adsorptionseigensohaften hat, so daß es eine schwammartige Wirkung
ausübt,
wenn es durch eine Palladiumsuspension geführt wird, wie nachfolgend beschrieben
wird. Weitere vorteilhafte Eigenschaften von im Handel erhältlichen Asbest bestehen
darin, daß es faserförmig ist, die erforderliche hohe Zugfestigkeit besitzt und
daß es einen hohen spezifischen Flächeninhalt hat.
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Die Dicke des Asbests soll ausreichend groß sein, damit die erforderiche
Zugfestigkeit erhalten wird> und so dünn wie möglich sein, um das größte Verhältnis
von Oberflächeninhalt zum Volumen zu erzielen. Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt,
daß ein Asbeststreifen mit einer Breite von etwa 20 mm (3/4 ) für die meisten Zwecke
geeignet ist, obwohl eine grössere Breite für einen ausserordentlich schweren Rauch
oder eine hohe Gasgeschwindigkeit möglich ist.
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Der Metallstreifen 18 ist gewellt, um die Windungen des Asbeststreifens
20 getrennt zu halten, den Asbest abzustützen und Kanäle für die Rauchsäule zu bilden.
Die Rauchsäule wird über die Wände der Kanäle und insbesondere über die Asbestwand
verlangsamt, so daß die Verunreinigung mehr Katalysator erreichen kann. Es soll
jedoch nicht ein zu grosser Druckabfall entstehen.
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Das Gehäuse 16 wird durch einen rohrförmigen Körper 22 gebildet, der
an beiden Enden offen ist und einen Flansch 24 aufweist, welcher sich rechtwinkelig
zur Achse des Körpers von dessen einem Ende nach aussen erstreckt. Bin Haltesteg
26 erstreckt sich quer zur ersten öffnung des Kdrpors, die dem Flansch 24 abgelegen
ist. Die Spule aus der gewellten Streifen 18 und dem Asbeststreifen 20 wird in den
durch den Körper 22 gebildeten Hohlraum so oingosetzt, daß ihfe Kante gegen den
Haltesteg 26 anliegt. Quer über die zweite Öffnung des Körpers 22 wird ein Haltebügel
28 gelegt, welcher die Spule lose hält und die Anordnung der katalytischen Einheit
lo vervollständigt.
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Wenji ein breiterer Streifen (18 und 20) gewünscht wird, können zwei
Gehäuse 10 Flansch an Flansch angeordnet werden. Die nächste StuSe ist die Behandlung
(@ure) der katalytischen Hinheit 10.
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Der Grund, warum diese Einheit behandelt werden muß, besteht darin,
daß die Asbesthersteller dem Asbest Stärke einverleiben, um seine Zugfestigkeit
zu erhöhen. Diese Stärke rauch bei etwa 340°C (etwa 650°F), was innerhalb des Temperaturbereiches
liegt, in welchem die katalytische Einheit lo arbeitet. Daher würde, wenn die Einheit
nicht behandelt werden wUrde, diese selbst wieder Rauch in der Kühe während des
ersten Betriebs abgeben, was unzumutbare Bedingungen zur Folge hat. Die Einheit
wird in einem Ofen bei etwa 4oo0C (etwa 75o0F) während etwa 15 Minuten behandelt.
Auf diese Weise werden alle Stärke-und einige andere geringfügigere Verunreinigungen,
die im Asbest enthalten sind, ausgetrieben.
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Der Katalysator, im vorliegenden Fall Palladium, obwohl auch andere
Katalysatoren wie Platin oder andere Edelmetalle verwendet werden können, wird auf
den Streifen 20 dadurch aufgebracht, daß dieser durdieine Trägersuspension aus Palladium,
Cyclohexanon und anderen Materialien mit einer Geschwindigkeit hindurchgeführt wird,
bei welcher der Streifen während etwa zweier Sekunden in der Lösung eieyetaucht
ist. Ein Problem, das nach dem Tauchvorgang entsteht, ist die Beseitigung des Cyclohexanons
in der Weise, daß der Katalysator mit dem Asbeststreifen verbunden bleibt. Im Rahmen
der Erfindung wurde festgestellt, daß dies am besten dadurch geschehen kann, daß
das Cyclohexanon entzündet wird, so daß es abbrennt. Dies erfolgt in einem kontinuierlichen
Vorgang in der Weise, daß der feuchte Streifen an dem einen Ende unter einer Haube
entflammt wird, so daß, bevor der Streifen zum Ende der Haube kommt, das Cyclohexanon
abgebrannt worden ist und die Flamme selbsttätig zum Erlöschen kommt. Der präparierte
Asbeststreifen wird dann auf eine Aufnahmehaspel aufgewickelt.
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Infolge der Faserform des Asbests und der ausserordentlich kleinen
Grösse der Palladiumteilchen wird eine mechanische Bindung zwischen den Fasern und
den Teilchen erhalten.
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Der gewellte Streifen 18 wird dadurch gebildet, daß ein flacher
Streifen
aus korrosionsbeständigem Stahl oder aus aluminisiertem Stahl durch eine Zahnradwellungsvorrichtung
hindurchgeführt wird, die der in dem USA-Patent 2.045.632 beschriebenen ähnlich
ist. Der gewellte Streifen 18 wird mit dem behandelten Asbeststreifen 20 dadurch
vereinigt, daß der gewellte Streifen um einen Anfangsstab in Form einer ziemlich
dichten Spule herumgewickelt wird. Der Asbeststreifen wird dann in den durch den
gewellten Streifen und die Spule gebildeten Winkel eingesetzt und beide werden dann
zur Bildung der Spule von den richtigen Durchmesser miteinander gewickelt.
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Hierauf wird die katalytische Einheit lo in eine Lüftung "C" eingesetzt,
die in der oberen Wand des Ofens 12 vorgesehen ist.
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Unterhalb der Lüftung wird innerhalb des Ofens 1Z ein Vorwärmer 14
so angeordnet, daß die verunreinigte Luftsäule durch den Vorwärmer 14 hindurchtritt,
bevor sie in die katalytische Einheit lo eintritt. Der Vorwärmer 14 dient zur Beheizung
des Rauches und zur Strahlungsheizung der katalytischen Einheit lo.
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Früher war das Heizelement sehr häufig mit der katalytischen Einheit
kombiniert. Durch cti rfindungsgemässe Trennung der katalytischen Einheit von ihrer
Heizeinheit läßt sich eine wesentliche Verringerung der Instandsetzungs- und Auswechselkosten
der Einheiten erzielen und unter bestimmten Bedingungen das Instandsetzen und Auswechseln
ganz wesentlich beschleunigen. Ausserdem können infolge der Trennung von katalytischer
Einheit und Heizeinheit Vorwärmer, wenn gewünscht, von verschiedener Stärke verwendet
werden oder es können normale Elemente im Ofen verwendet werden. Ein Vorwärmer,
der in einem Elektroherd oder -Ofen zufriedenstellend arbeitet, liefert etwa 300
Watt. Der Vorwärmer 14 befindet sich in einem Abstand von etwa 3 mm (etwa 1/8 ")
unterhalb der katalytischen Einheit lo, obwohl diese Entfernung, wenn gewünscht,
innerhalb Grenzen verändert werden kann.
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Die Verwendung des Vorwärmers 14, der vor der katalytischen Einheit
lo in Wirkung tritt, stellt eine Art Verstärker für
exotherme Reaktion
der katalytischen Einheit selbst dar. Mit anderen Worten die Behandlung des Rauches
unter Verwendung eines Vorwärmers ist ein I-Ieiz- und dann Behandlungsvorgang.
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Die Erfindung ist natürlich nicht auf die dargestellte und beschriebene
Ausführungsform beschränkt, sondern kann innerhalb ihres Rahmens verschiedene Abänderungen
erfahren.
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Patentansprüche: