DE2347760A1 - Strahlungsgasbrenner - Google Patents

Strahlungsgasbrenner

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DE2347760A1
DE2347760A1 DE19732347760 DE2347760A DE2347760A1 DE 2347760 A1 DE2347760 A1 DE 2347760A1 DE 19732347760 DE19732347760 DE 19732347760 DE 2347760 A DE2347760 A DE 2347760A DE 2347760 A1 DE2347760 A1 DE 2347760A1
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Bryan William Edwards
Frank Ernest George Ravault
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Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT1 DIPLOMCHEMIKER
5 KÖLN Sl1 OBERLÄNDER UFER 90 2347760
Köln, den 6. September 1973 Ha/No.
Foseco International Limited, Long Acre, Kfecheiisr Birmingham (England S trahlungsgasbrenner
Es gibt viele Ausführungen von Strahlungsgasbrennern.
Sie zeigen oft vielfältige Nachteile, am häufigsten ungleichmäßiges Brennen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Strahlungsgasbrenner, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er ein Oberflächenstrahlungselement enthält, das eine innere GasverteLlungsschicht und eine äußere Strahlungsschicht von gröberer
Struktur als die innere Gasverteilungsschicht einschließt, wobei die innere Gasverteilungsschicht aus feinporigem, hochpermeablem, keramischem Material einer Srfeinporosität von 7o bis 95% und die äußere Strahlungsschicht aus
porösem, keramischem Material einer Porenzahl von 2-12 Poren pro linearem Zentimeter und einer Scheinporosität von 9o bis 99% besteht. Netzartiges, poröses, keramisches Material bildet vorzugsweise die äußere Schicht.
Die Scheinporosität eines Materials ist das Verhältnis
des Volumens der offenen Poren zu dem Gesamtvolumen des Materials (vergleiche B.S.S. 19o2: Teil 1A,1966, S 18).
Bei Gebrauch wird eine brennbare Mischung aus Gas und Luft durch den Einsatz geleitet, zuerst durch die feinporige
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_ 2 —
Schicht. Durch entsprechende Anpassung der Strömungsgeschwindigkeit der brennbaren Mischung wird erreicht, daß diese innerhalb der grobporigen Schicht brennt, die folglich auf eine hohe Temperatur erhitzt wird und in starkem Maße Hitze ausstrahlt. Durch die Wahl geeigneten porösen Materials kann dem Oberflächenstrahlungselement Standardgas in Anpassung an die jeweils vorliegenden örtlichen Druckverhältnisse zugeführt werden.
Vorzugsweise wird sicher gestellt, daß die Porosität und Permeabilität des in beiden Schichten verwendeten Materials gleichmäßig sind und nicht den Schichten entlang schwanken.
Sowohl die innere als auch die äußere Schicht können aus zellenartigen keramischen Materialien bestehen. Solche Materialien und Verfahren zu deren Herstellung sind beispielsweise in den GB-PS 923862, 916784, Ioo4352, Iol98o7 und Io54421 sowie in den deutschen Patetanmeldungen
P 23 öl 662.8, P 23 öl 661.7, P 23 Ol 741.6 beschrieben
Mit derartigen zellenartigen keramischen Materialien können sehr gute Ergebnisse erzielt werden. Bei Hausgasdruck wird für die grobporige Strahlungsschicht eine Porenzahl von 4 Poren pro cm und für die feinporige Schicht von 2o Poren pro cm bevorzugt.
Zum anderen kann die innere Gasverteilungsschicht aus faserigem, keramischem Material bestehen und dadurch an die äußere Schicht gebunden werden, daß zuerst eine äußere Schicht aus zellenartigem, keramischem Material gebildet und dann eine keramische Fasern enthaltende Aufschlämmung durch die äußere Schicht filtriert wird,
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um so eine faserige, in den Oberflächenporen der äußeren Schicht festgehaltene Masse zu bilden. Es schließt sich ein Trocknen durch Mikrowellenheizung oder andere geeignete Mittel an.
Alle erdenklichen anorganischen Fasern können verwendet werden, die der Arbeitstemperatur des Brenners unter oxydierenden Bedingungen standhalten. Dazu zählen z.B. Aluminosilikat-Fasern, Asbest, Siliziumdioxyd-Fasern oder Zirkondioxyd-Fasern. Aluminosilikat-Fasern werden aus Kostengründen und wegen der Ungiftigkeit bevorzugt. Mit Vorteil wird eine Mischung aus kürzeren Fasern, die das Festhalten der faserigen Auflage in den Oberflächenporen des zellenartigen keramischen Materials fördern, und langen Fasern, die der Auflage Permeabilität und mechanische Festigkeit verleihen, verwendet.
Vorzugsweise wird Wasser als Dispersionsmittel zur Herstellung der faserhaltigen Aufschlämmung verwendet. Ein feuerfestes Klebemittel kann in der Aufschlämmung aufgelöst oder später auf die gebildete faserige Auflage aufgebracht werden. Zu den geeigneten feuerfesten Bindemitteln zählen Aluminiumhydroxychlorid, Aluminiumhydrogenorthophosphat, Aluminiumchromhydrogenorthophosphat und Aluminiumoxyd sowie Hydrosole des Siliciumdioxyds. Die Hydrosole des Siliciumdioxyds werden vorzugsweise verwendet.
Die eingesetzte Fasermenge sollte vorzugsweise ausreichen, um eine 3 bis 6 mm dicke Auflage zu schaffen. Eine dünnere Auflage als diese kann die durch sie in den Brenner eintretende Gas-Luft-Mischung nicht hinlänglich von der Hitze
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des Brenners thermisch isolieren, so daß eine Explosion entstehen kann. Zum anderen würde eine dickere Auflage den Durchtritt der Gasmischung in den Brenner unnötig erschweren.
In Abhängigkeit von der Art und der Durchschnittslänge der
2 verwendeten Fasern sind o,lo bis o,15 g Pasern pro cm der Auflagefläche des Oberflächenstrahlungselementes erforderlich.
Im allgemeinen hat die grobporige Schicht eine Dicke von 2 bis Io Poren (vorzugsweise ungefähr 4 Poren) Wenn diese Schicht zu stark ist, sinkt die ausgestrahlte Wärmemenge.
Bei der Konstruktion eines praktischen Strahlungsgasbrenners können die Zweischichtenelemente in einem geeigneten Gehäuse eingeschlossen sein und die brennbare Gasmischung kann in geeigneter Weise in die feinporige Schicht eingeleitet werden. Die Beschickung kann von einem Speicherraum aus erfolgen, in den Gas und Luft getrennt eingeleitet und gemischt werden. Das Mischen kann aber auch außerhalb des Brennerelements durchgeführt und die erhaltene Mischung dem Speicherraum zugeführt werden.
Die erfindungsgemäßen Gasstrahlungsbrenner zeigen außergewöhnliche Brenneigenschaften mit hoher thermischer Wirksamkeit. Die folgenden Beispiele sollen dazu dienen, die Erfindung zu erläutern.
Beispiel 1
Es wurden 1 Stück aus einem zellenartigen Polyester-Poly-
urethan-Schaumstoff mit den Ausmaßen 28,6 cm und
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4,8 cm Stärke sowie mit 2o Poren pro linearem cm und 1 Stück aus vernetztem Polyester-Polyurethan-Schaumstoff
2
mit den Ausmaßen 28,6 cm und 1,3 cm Stärke sowie mit 4 Poren pro cm zugeschnitten. (Diese Stücke ermöglichen bei der nachfolgenden Beheizung eine Schrumpfung von 2o%.)
Eine Aufschlämmung wurde mit den folgenden Bestandteilen bereitet:
Petalit, Korngröße unter 75 um, 5o Gewichtsteile Porzellanerde, Korngröße unter 75 um, 5o Gewichtsteile Dextrin 2o Gewichtsteile
Destilliertes Wasser loo Gewichtsteile Silicolapse 5ooo (Emulsion eines Siliconentschäumers)
1/2 Gewichtsteil
Permanal Ana (Antischäumer) 1/2 Gewichtsteil
Das zellenartige Schaumstoffstück wurde in die Aufschlämmung getaucht und zwecks Sicherstellung gleichmäßiger Permeabilität zwischen Schaumstoffstücken ausgepreßt.
Das netzartige Schaumstoffstück wurde mit einer o,ol%igen Lösung (Lösungsmittel 5o% Methanol/5o% destilliertes Wasser) eines anionischen Polyacrylamids eines durchschnittlichen Molekulargewichts von 3 . Io bis 1 . Io behandelt und in einem warmen Luftstrom getrocknet. Dann wurde es in die vorstehend beschriebene Aufschlämmung getaucht, der pro Liter 5o Milliliter Monoäthanolamin zugefügt waren. Dann wurde das Stück herausgenommen, die überschüssige Aufschlämmung abgeführt, dann abzentrifugiert und das Ganze dann in einem heißen Luftstrom getrocknet.
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Der resultierende Körper wurde wiederum mit der obigen Polyacrylamid-Lösung behandelt, im heißen Luftstrom getrocknet, in die Monoäthanolamin enthaltende Aufschlämmung getaucht und zentrifugiert. Die noch feuchten behandelten zellenartigen und netzartigen Stücke wurden aufeinander gelegt, mit einem geeigneten Gegenstand beschwert, z.B. ein Glas oder ein Polyäthylenbehälter mit Wasser, und durch Mikrowellenbeheizung getrocknet.
Der sich ergebende zusammengesetzte Körper wurde in einem elektrischen Muffelofen mit einer Temperatursteigerung von 15o°C pro Stunde auf 3oo°C erhitzt, dann 2 Stunden bei dieser Temperatur belassen, dann mit einer Temperatursteigerung von loo°C pro Stunde auf 125o°C erhitzt, dann 16 Stunden bei dieser Temperatur belassen und schließlich mit einer Temperaturabnahme von nicht mehr als loo°C pro Stunde auf Raumtemperatur abgekühlt.
Der so hergestellte Block aus geschichtetem porösen, keramischen Material wurde benutzt, um ein Gehäuse von
2
22,9 cm zu schließen, das mit einer Mischung aus 1 Volumen teil Erdgas und 11 Volumenteilen Luft unter einem Druck von 12,7 cm Wassersäule beschickt wurde.
Nach dem Entzünden der aus der Kammer austretenden Gasmischung fand deren Verbrennung vollständig in der sich in der grobporigen Schicht ausbildenden Flamme statt. Die Wärmeausstrahlung an der Oberfläche betrug unter diesen
Bedingungen 11,3 Kalorien pro cm und pro Sekunde.
Beispiel 2
2 Es wurde ein Schaumstoffstück von 19,1 cm und einer Stärke von 1,3 cm aus einem netzartigen Polyesterpolyurethan
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mit 4 Poren pro Zentimeter geschnitten. Eine Aufschlämmung wurde mit der folgenden Mischung hergestellt:
Petalit, Korngröße unter 75 um, 7o Gewichtsteile Porzellanerde, Korngröße unter 75 um, 3o Gewichtsteile Dextrin 2o Gewichtsteile
Wasser loo Gewichtsteile
Silicolapse 5ooo (Emulsion eines Siliconentschäumers)
1/2 Gewichtsteil
" Permanal Ana (Antischäumer) 1/2 Gewichtsteil
Das netzartige Schaumstoffstück wurde mit einer o,ol Gew.-%igen Lösung (Lösungsmittel: 5o% Methanol und 5o% destilliertes Wasser) eines anionischen Polyacrylamids mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 3 . Io bis 1 . Io behandelt und in einem warmen Luftstrom getrocknet. Es wurde dann In die vorstehend beschriebene Aufschlämmung getaucht, der pro Liter 5o Milliliter Monoäthanolamin zugefügt waren. Das Stück wurde dann entfernt, die überschüssige Aufschlämmung abgeführt und dann abzentrifugiert. Das Ganze wurde dann in einem heißen Luftstrom getrocknet. Der anfallende Körper wurde erneut mit der vorstehend beschriebenen Polyacrylamid-Lösung behandelt/ in einem heißen Luftstrom getrocknet, in die Monoäthanolamin enthaltende Aufschlämmung getaucht, getrocknet und zentrifugiert.
Das netzartige Schaumstoffstück wurde dann in einem elektrischen Muffelofen mit einer Temperatursteigerung von 15o°C pro Stunde auf 3oo°C erhitzt/ 2 Stunden bei 3oo°C gehalten, mit einer Temperatureteigerung von loo°C
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pro Stunde auf 13oo°C erhitzt, 16 Stunden* bei 13oo°C gehalten, dann mit einer Temperaturabnahme von nicht mehr als loo C pro Stunde auf Raumtemperatur abgekühlt.
Der so hergestellte Block aus netzartigem keramischen
2 Material maß infolge der Verbrennungsschrumpfung 15 cm und diente dazu, die obere Fläche eines Gehäuses zu schließen, worin er von einer durchlöcherten Metallplatte getragen wurde. Das Gehäuse wurde mit Ableitungen, einer Vorrichtung zur Schaffung eines Vakuums und einer Vorrichtung versehen, die es in der horizontalen Ebene durch einfache harmonische Bewegung hin und her pendeln lassen kann.
Das Gehäuse wurde mit einem Hydrosol des Siliciumdioxyds, das 6 Gew.-% festes kolloidales Siliciumdioxyd enthielt, aufgefüllt, bis das Hydrosol mit der oberen Fläche des netzartigen keramischen Materials auf gleichem Niveau lag.
Eine Aufschlämmung wurde durch Dispergieren von 15 Granm Aluminosilicat-Fasern (Durchschnittslänge Io mm) und 15 Gramm Aluminosilicat-Fasern (Durchschnittslänge 25 mm) in einem Liter kolloidalem Hydrosol des Siliciumdioxyds, das 6 Gew.-% festes kolloidales Siliciumdioxyd enthielt, hergestellt.
Das Gehäuse wurde dann in eine pendelnde Bewegung versetzt und die Aufschlämmung ergoß sich gleichmäßig über die obere Fläche des netzartigen keramischen Blocks. Die Flüssigkeit wurde dann von dem Gehäuse geleitet, so daß sich eine faserige Auflage bildete, die in die Oberflächenporen des netzartigen keramischen Materials eingriff. Die abgeleitete Flüssigkeit wurde für die Herstellung
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weiterer Aufschlämmungen aufbewahrt.
Schließlich wurde ein Vakuum an das Gehäuse angelegt und gleichzeitig auf die obere Oberfläche der faserigen Auflage durch eine perforierte Metallplatte ein Druck ausgeübt, was zu einer faserigen Schicht von im wesentlichen gleichmäßiger Dicke führte. Der sich ergebende doppelte keramische Körper wurde aus dem Gehäuse entfernt und durch Mikrowellenheizung getrocknet.
Der so hergestellte Doppelblock wurde zum Schließen eines
2
Gehäuses von .15 cm verwendet, dem eine Mischung aus 1 Volumenteil Erdgas und 13 Volumenteilen Luft unter einem Druck von 12,5 cm Wassersäule zugeführt wurde,
Nach dem Anzünden der aus der Außenfläche des Gehäuses strömenden Gasmischung findet sogar die Verbrennung vollständig in der sich innerhalb der grobporigen Schicht ausbildenden Flamme statt. Unter diesen Bedingungen betrug
die Wärmestrahlung der Oberfläche 15,1 Morien pro cm und pro Sekunde.
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Claims (4)

  1. - Io -
    Patentansprüche
    I.J Strahlungsgasbrenner, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Oberflächenstrahlungselement enthält, das eine innere Gasverteilungsschicht und eine äußere Strahlungsschicht von gröberer Struktur als die innere Gasverteilungsschicht einschließt, wobei die innere Gasverteilungsschicht aus feinporigem, hochpermeablem, keramischem Material einer Scheinporosität von 7o bis 95% und die äußere Strahlungsschicht aus porösem, keramischem Material einer Porenzahl von 2 bis 12 Poren pro Zentimeter und einer Scheinporosität von 9o bis 99% besteht.
  2. 2. Strahlungsgasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Gasverteilungsschicht aus porösem, keramischem Material mit einer Porenzahl von 8 bis 28 Poren pro Zentimeter besteht.
  3. 3. Strahlungsgasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Gasverteilungsschicht aus faserigem, keramischem Material besteht.
  4. 4. Strahlungsgasbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Strahlungsschicht 2 bis 4 Poren stark ist.
    14/0471
DE19732347760 1972-09-25 1973-09-22 Strahlungsgasbrenner Pending DE2347760A1 (de)

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