DE3614059A1

DE3614059A1 - Vorrichtung zur erzeugung eines heissgasstrahls

Info

Publication number: DE3614059A1
Application number: DE19863614059
Authority: DE
Inventors: Masahiko Nakajima
Original assignee: Nakajima Dokosho Co Ltd
Current assignee: Nakajima Doko Corp Kamifukuoka Saitama Jp
Priority date: 1985-04-27
Filing date: 1986-04-25
Publication date: 1987-01-08
Also published as: JPS61250413A; JPH0220885B2; DE3614059C2; US4726767A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Heißgasstrahls, insbesondere eine solche Vor richtung, die ein durch flammenlose und vollständige Verbrennung eines Flüssiggases erhaltenes Abgas hoher Temperatur verwendet.

Heißluftströme dienen im allgemeinen zur Schrumpfung oder Verbindung von wärmeschrumpfenden Kunststoffroh ren, zur Formung von Kunststoffteilen, zum Schmelzen von Lötflußmitteln etc. Als Vorrichtung zur Erzeugung eines Heißluftstroms bei hoher Temperatur (im folgen den auch Heißgasstrahl genannt) wurden häufig Apparate verwendet, die im Aufbau einem Fön ähneln, der im wesentlichen aus einem Ventilator zur Erzeugung eines Luftstroms und einer elektrischen Heizquelle zur Er wärmung des dieser zugeführten Luftstroms besteht.

Bei einer bekannten Vorrichtung zur Erzeugung eines Heizgasstrahls wird der vom Gebläse erzeugte Luftstrom durch eine elektrische Heizquelle auf eine Temperatur von beispielsweise 200-300°C erwärmt, die zur Wärme behandlung wärmeschrumpfbarer Rohre und dergleichen geeignet ist, die hauptsächlich aus Polyvinylchlorid- Kunstharzen bestehen.

Als jedoch die Materialien für wärmeschrumpfbare Rohre allmählich durch wärmebeständige Materialien wie Silikon-Gummi-Materialien ersetzt wurden, war es zum Wärmeschrumpfen dieser Materialien notwendig, Heißgas gebläse zur Erzeugung einer Temperatur von 400-500°C zu verwenden. Solche Temperaturen eines Heißgasstrahls können durch die bekannte elektrisch beheizte Vorrich tung zur Erzeugung eines Heißgasstrahls nicht erreicht werden.

Insbesondere bei solchen Anwendungsfällen, wo Bündel von Starkstrom- oder Telefonkabeln mit wärmeschrump fenden Rohren zu umkleiden sind, wird eine beträcht lich höhere Flußrate bei höherer Temperatur für den Heißgasstrahl gebraucht. In diesem Fall beträgt die für das Heißgasgerät benötigte elektrische Leistung etwa 800-1.500 kW, angenommen daß die Leistung aus einer gängigen 100-V-Wechselstromleitung entnommen wird, wodurch die Energiekosten, Gewicht und Ausmaße vergrößert sowie der Aufbau des Gerätes komplizierter werden.

Weiterhin benötigt das elektrisch betriebene Gerät einen Anschluß an die Stromquelle und andere Zusatz ausrüstungen, die das Gewicht des Gerätes vergrößern und die Handhabe des Gerätes erschweren und einschrän ken. Außerdem ist eine gängige Stromquelle am Einsatz ort des Gerätes, wie z.B. in im Bau befindlichen Gebäuden und Kanalleitungen, nicht immer verfügbar.

In Anbetracht dieser Probleme mit elektrisch betrie benen Vorrichtungen zur Erzeugung von Heißgasstrahlen hat man die Flammen von Benzinlampen oder Flüssiggas lampen gelegentlich für die Behandlung von wärme schrumpfenden Rohren oder dergleichen verwendet, wobei aber die Verwendung solcher Flammen feuergefährlich ist und Materialbeschädigungen verursachen kann.

Daher ist die Entwicklung einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Heißgasstrahls, die auf einem neuen Konzept basiert, in ihren Ausmaßen und ihrem Gewicht reduziert, einfach zu handhaben zur Erzeugung einer großen Heißgasstromrate fähig und feuerungefährlich ist, seit langem wünschenswert. Jedoch ist bisher noch kein derartiges geeignetes Gerät bekannt oder zum praktischen Einsatz gebracht worden.

Auf dem Lötkolbengebiet ist ein Gaswärmebehandlungsge rät zum Betrieb mit Flüssiggas als Wärmequelle in der US-Patentschrift 41 33 301 beschrieben. Eine weiter verbesserte Wärmebehandlungsvorrichtung ist durch den Erfinder des vorliegenden Anmeldungsgegenstandes in der US-Patentschrift 45 52 124 offenbart. Wie in diesen früheren US-Patenten dargestellt ist, kann, da Flüssiggas als Wärmequelle verwendet wird, eine große Wärmemenge mit einem Gerät relativ kleiner Ausmaße und geringen Gewichts erreicht werden. Insbesondere ist keine Feuergefahr vorhanden, da das vom Gastank verdampfte Flüssiggas mit Hilfe eines Verbrennungs katalysators vollständig in flammenloser Weise ver brannt wird.

Daher mag es theoretisch als möglich erwogen werden, die aus dem Lötkolbengebiet bekannten Techniken auf Vorrichtungen zur Erzeugung eines Heißgasstrahls anzuwenden, z.B. durch Verbindung der katalytischen Verbrennungsvorrichtung mit einem geeigneten Gebläse.

Jedoch muß im Unterschied zu einem Lötkolben die Vorrichtung zur Erzeugung eines Heißgasstrahls eine relativ große Heißgasstromrate bei hoher Temperatur erzeugen, woraus sich verschiedene Probleme ergeben, die noch gelöst werden müssen.

Erstens wird, wenn ein von einem Luftgebläse erzeugter Luftstrom relativ großer Stromrate unmittelbar einer Gasverbrennungseinrichtung zugeführt wird, das Gas gemisch überreichlich verdünnt, d.h., das Luft-Brenn stoff-Verhältnis im Gasgemisch erhöht, so daß es zur Erzeugung einer Zündflamme für die katalytische Verbrennungsreaktion nicht mehr ausreicht.

Außerdem wird die hohe Stromrate des Luftstroms, dessen Temperatur gewöhnlich die Umgebungstemperatur ist, den Verbrennungskatalysator auf eine Temperatur unterkühlen, die geringer als die optimale katalyti sche Verbrennungstemperatur ist, so daß eine stabile katalytische Verbrennung nicht aufrechterhalten werden kann.

Weiterhin wird häufig eine große Wärmemenge benötigt, z.B. für die Behandlung wärmeschrumpfender Rohre zur Umhüllung von Starkstrom- oder Telefonkabelbündeln, wie oben schon erwähnt worden ist. Jedoch kann die dazu erforderliche große Menge von Flüssiggas nicht nur aufgrund der Druckdifferenz zwischen der Innen- und Außenseite des Gasbehälters spontan aus dem Behälter verdampft werden.

Daher ergeben sich bei der Anwendung des technischen Prinzips des oben erwähnten Lötkolbens auf eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Heißgasstrahls, die Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist, verschiede ne ernsthafte Schwierigkeiten.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Heißgasstrahls zu schaffen, die die oben genannten Nachteile bekannter Vorrichtungen vermeidet, die die schnelle Erzeugung eines Heißgasstrahls mit relativ großer Stromrate bei hoher Temperatur, bei relativ kleinen Ausmaßen und geringem Gewichts gestattet und die überdies feuerungefährlich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrich tung zur Erzeugung eines Heißgasstrahls gelöst, die Flüssiggas als Wärmequelle zur Erwärmung eines Luft stroms verwendet und gekennzeichnet ist durch:
eine Gasausstoßeinrichtung zum Ausstoß eines aus einem Flüssiggasbehälter verdampften Brennstoffgases,
eine Einrichtung zur Bildung eines Luft-Brennstoffgas- Gemisches durch Ansaugen äußerer Luft vermöge des Ejektoreffekts des aus der Gasausstoßeinrichtung austretenden Brennstoffgases,
eine stromabwärts von der Einrichtung zur Bildung des Luft-Brennstoffgas-Gemisches angeordnete Zünd einrichtung zur Zündung des Luft-Brennstoffgas-Gemi sches,
eine katalytische Verbrennungseinrichtung mit einem Verbrennungskatalysator, der eine Vielzahl von längs der Gasflußrichtung angeordneten Gaskanälen aufweist, um das Luft-Brennstoffgas-Gemisch durch diese hin durchzuleiten und das Gemisch mit den Kanalwänden zum Erreichen einer flammenlosen und vollständigen kataly tischen Verbrennung in Berührung zu bringen,
eine Einrichtung zum Ausstoß des Heißgasstrahls als Abgas der katalytischen Verbrennungseinrichtung,
eine Einrichtung zur forcierten Zuführung eines Luftstroms wenigstens teilweise zu der Einrichtung zur Bildung des Luft-Brennstoffgas-Gemisches und
eine Steuereinrichtung zum Beginnen und Beenden des Betriebs der Einrichtung zur forcierten Zulieferung des Luftstroms in Abhängigkeit von der Verbrennungs temperatur.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktion wird das vom Gasbehälter gelieferte Flüssiggas von der Gasaus stoßeinrichtung ausgestoßen und mit äußerer Luft, die von außen aufgrund des Ejektoreffekts des ausgestoße nen Gases selbst angesaugt wird, zur Bildung eines Luft-Brennstoffgas-Gemisches vermischt, das dann in die Gaskanäle des Verbrennungskatalysators eingelei tet, einer flammenlosen und vollständigen katalyti schen Verbrennung unterworfen und dann als Verbren nungsabgas hoher Temperatur von der Einrichtung zum Ausstoß des Heißgasstrahls emittiert wird.

Damit kann eine relativ große Heißgasmenge hoher Temperatur durch eine Vorrichtung kleinen Ausmaßes und geringeren Gewichtes schnell erhalten werden. Weiter hin wird eine Feuergefahr gänzlich vermieden, da das Gasgemisch einer gänzlich flammenlosen und vollständi gen katalytischen Verbrennung unterworfen wird.

Insbesondere ist die Einrichtung zur forcierten Zuführung des Luftstroms nicht in Betrieb, wenn das optimale Zusammensetzungsverhältnis des aus dem Brenn stoffgas und der allein durch den Ejektoreffekt des Gasstroms angesaugten äußeren Luft bestehenden Gas gemischs bei Inbetriebnahme des Gerätes erreicht wird, so daß das Luft-Brennstoffgas-Gemisch zuverlässig zur Bildung einer Zündflamme gezündet werden kann. Die Zündflamme dient zur Erwärmung des Verbrennungskataly sators auf eine Temperatur, die zur Einleitung und Aufrechterhaltung der katalytischen Verbrennungsreak tion ausreicht.

Daraufhin wird die Einrichtung zum forcierten Zuführen des Luftstroms in Betrieb genommen und liefert in forcierter Weise einen zusätzlichen Luftstrom zur Erzeugung eines Heißgasstrahls genügend hoher Strom rate, wenn der Verbrennungskatalysator seine Betriebs temperatur erreicht. Die Zuführung des zusätzlichen Luftstroms reichert den Sauerstoffgehalt in dem Luft-Brennstoffgas-Gemisch so stark an, daß die Zündflamme verpufft und damit ausgelöscht wird, wie aus Gasbrennern oder dergleichen bekannt ist. Danach wird das mit Luft angereicherte Luft-Brennstoffgas- Gemisch einer flammenlosen und vollständigen katalyti schen Verbrennung durch die Wärme des Katalysators selbst unterworfen.

In diesem Fall wird der forciert zugeführte Luftstrom aufgeteilt, d.h., er wird einerseits teilweise in das Luft-Brennstoffgas-Gemisch eingeführt und andererseits teilweise dem äußeren Umfang des Verbrennungskatalysa tors zugeleitet. Da ein beträchtlicher Anteil des Luftstroms (gewöhnlich bei der relativ niedrigen Außentemperatur) an den Gaskanälen vorbeigeleitet und nur zur Erhöhung der Stromrate des Heißgasstrahls verwendet wird, kann eine Unterkühlung des Katalysators vermieden werden.

Die Ein-Aus-Steuerung für den Betrieb der Einrichtung zur Zuführung des Luftstroms weist vorzugsweise einen wärmeempfindlichen Schalter auf, der die Verbrennungs temperatur der Vorrichtung, die noch später beschrie ben werden wird, bestimmen kann.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Wärmeaustauscher, der sich in der Mitte der Gasleitung zwischen dem Gasbehälter und der Gasausstoßeinrichtung befindet, in der Nähe des Verbrennungskatalysators angeordnet. Das durch die Gasleitung tretende Flüssig gas wird durch die Wärme des Verbrennungskatalysators erhitzt, um die vollständige Verdampfung des aus dem Gasbehälter tretenden Flüssiggases zu beschleunigen, wodurch die Verdampfungsrate des Gases wirksam erhöht wird.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausfüh rungsbeispiel der Vorrichtung zur Er zeugung eines Heißgasstrahls und

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einiger Teile des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, hat die Vorrichtung zur Erzeugung eines Heißgasstrahls eine im wesentlichen T-förmige Gestalt mit einem horizontalen Hauptkörper 1 und einem vertikalen Griffteil 1 a. Ein zylindrisches Verbrennungsgehäuse 2 ist mit dem stromabwärts liegen den Ende des Hauptkörpers 1 verbunden und hat eine an ihrem stromabwärts liegenden Ende ausgebildete Heiß gasausströmöffnung 2 a.

Wie Fig. 1 zeigt, ist ein Brennstoffbehälter, der an seinem unteren Ende ein Einspeiseventil 4 aufweist, in den Griffteil 1 a eingebaut. Eine Saugvorrichtung 6 für das Flüssiggas, die z.B. aus einem porösen Mate rial besteht, ist in das in den Brennstoffbehälter 3 eingefüllte Flüssiggas 5 eingetaucht, um das Flüssig gas 5 anzusaugen und das Gas über eine Gasleitung 8 und eine Wärmeaustauscherleitung 9 (die im folgenden noch näher beschrieben wird) zu einem am Ende liegen den Gasanschluß 10 zu leiten. Ein Ventil 7, wie z.B. ein Nadelventil, das eine Feineinstellung der Strom rate des Flüssiggases 5 gestattet, ist in die Mitte der Gasleitung 8 geschaltet.

Ein Betriebsknopf 7 a für das Ventil 7 ist an der Außenseite des Griffteils 1 a, wie in Fig. 1 gezeigt, angeordnet und so ausgebildet, daß der Öffnungsgrad des Ventils 7 durch Drehung des Betriebsknopfes 7 a zur Steuerung der Stromrate des aus dem Brennstoffbehälter 3 angesaugten Flüssiggases 5 eingestellt wird. Sowohl die Gasleitung 8 als auch die Wärmeaustauscherleitung 9 sind aus einem Metall hoher Wärmeleitfähigkeit, wie z.B. Kupfer oder Bronze, gefertigt. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist der mittlere Teil der Wärmeaustau scherleitung 9 spiralförmig mit 2-3 Drehungen zu einer spulenförmigen Gestalt gewunden, um einen Wärmeaustauscher 9 a in der Nähe der Heißgasausstoßöff nung 2 a des Verbrennungsgehäuses 2 zu bilden. Die Gasleitung 8 und die Wärmeaustauscherleitung 9 sind mit Hilfe von Verbindungselementen 11 lösbar miteinan der verbunden.

Der am Ende befindliche Gasanschluß 10 hat eine zylindrische Gestalt, ist aus Metall gefertigt und an seinem stromabwärts liegenden Ende mit dem angepaßten Ende eines aus Metall bestehenden Gasaustrittsteils 14 verbunden, das ein aus gesinterten Partikeln aus rostfrei em Stahl oder Kupferlegierungen mit einer Partikelgrö ße von 20-50 µm bestehenden Filter 12 enthält, der an seinem stromabwärts liegenden Ende eine Öffnung 13 mit einem Durchmesser von 100-300 µm aufweist. Der Gasanschluß 10 und das Gasaustrittsteil 14 sind miteinander schraubverbunden und im Verbindungsbereich mit einem O-Ring 15 abgedichtet.

Wie in Fig. 1 und noch deutlicher in Fig. 2 gezeigt ist, ist das stromabwärts liegende Ende des Gasaus trittsteils 14 mit dem angepaßten Ende einer Metalldü se 17 schraubverbunden, die in Stromrichtung geweitet und an ihrer stromabwärts liegenden Stirnseite an einem Düsenaustritt 16 angebracht ist, der aus Metall besteht und eine Vielzahl von Öffnungen 16 a aufweist. Wie ebenfalls in den Fig. 1 und 2 gezeigt wird, ist eine Luftansaugöffnung 18 an der Düse 17 an einer Stelle, die der Austrittsseite der Öffnung 13 ent spricht, ausgebildet, um äußere Luft vermöge des Ejektoreffekts des aus der Öffnung 13 mit einer Stromrate von z.B. 100-300 m/sec ausgestoßenen Flüssiggases 5 anzusaugen, so daß das aus der Öffnung 13 ausgestoßene Flüssiggas 5 und die durch die Luftansaugöffnung 18 angesaugte Luft in der Düse 17 zu einem Luft-Gas-Gemisch vermengt und aus dem Düsenaus tritt 16 ausgestoßen werden.

Ein Verbrennungskatalysator 19 ist zwischen dem Düsenaustritt 16 und dem Wärmeaustauscher 9 a zur flammenlosen und vollständigen Verbrennung des aus dem Düsenaustritt 16 ausgestoßenen Luft-Brennstoffgas- Gemisches, wie in Fig. 1 gezeigt ist, angeordnet. Weiterhin ist eine Zündkerze 20 zwischen dem Verbren nungskatalysator 19 und dem Düsenaustritt 16 zur Zündung des aus dem Düsenaustritt 16 ausgestoßenen Luft-Brennstoffgas-Gemisches angeordnet.

Der Verbrennungskatalysator 19 weist einen Edelmetall katalysator, wie z.B. Platin oder Palladium auf, das von einem Träger aus Cordierit- oder Mullitkeramik, die sehr wärmeschockresistent ist, getragen wird. Der Katalysatorträger hat eine zylindrische Gestalt, in der eine Vielzahl von axial (in Gasstromrichtung) verlaufenden linearen Kanälen 19 a in einer gitter- oder wabenförmigen Struktur so ausgebildet ist, daß sie einen glatten Fluß des Luft-Brennstoffgas-Gemisches gestatten und damit den Druckabfall vermindern und einen genügenden Kontakt des Luft-Brennstoffgas- Gemisches mit den Wänden des Katalysators gewährlei sten.

Der Verbrennungskatalysator 19 wird z.B. dadurch hergestellt, daß ein poröser Keramikträger in eine 1%ige wässrige Chlorplatinsäure-Lösung, die durch Chlorwasserstoffsäure gesäuert ist, eingetaucht wird, der Träger mit der Katalysatorkomponente im Vakuum imprägniert wird, getrocknet und dann einer Reduktion in einem Wasserstoffgasstrom unterworfen wird.

Wie in Fig. 1 ebenfalls gezeigt wird, ist die Zündkerze 20 durch eine Befestigungsschraube 21 an der Innenseite des Verbrennungsgehäuses 2 befestigt. Ein Hochspannungskabel 22 ist von der Zündkerze 20 aus durch einen Porzellanisolator 23 geführt und an ein im Griffteil 1 a angeordnetes piezoelektrisches Element 24 angeschlossen. Die Erdungsseite 24 a des piezo elektrischen Elements 24 ist mit der Gasleitung 8 verbunden.

Ein Zündknopf 25 zur Betätigung des piezoelektrischen Elements 24 ist so angeordnet, daß er an der Außenseite des Griffteils 1 a vorsteht, und so ausge legt, daß Funken zwischen der Zündkerze und dem Düsenaustritt 16 bei Betätigung des Zündknopfes 25 erzeugt werden, um das durch den Düsenaustritt 16 ausgestoßene Luft-Brennstoffgas-Gemisch zu zünden.

Ein Ventilator 27 und ein kleiner Motor 28 zum Betrieb des Ventilators 27 sind im Inneren des Hauptkörpers 1 an seinem stromaufwärts liegenden Ende angeordnet, um äußere Luft durch ein an der hinteren Öffnung des Hauptkörpers 1 befestigtes Schutzmetallgitter forciert dem Inneren des Hauptkörpers 1 zuzuführen. Als Stromquelle für den kleinen Motor 28 sind Trockenbat terien 29 (im folgenden Trockenzellen 29 genannt) im Inneren des Griffteils 1 a angeordnet. Die Trockenzel len 29 und der kleine Motor 28 sind miteinander verbunden durch einen im Normalzustand geschlossenen wärmeempfindlichen Schalter 30, z.B. einem Bimetall schalter, der sich nach Fühlen einer vorbestimmten Verbrennungstemperatur der Vorrichtung schließt.

Die Kathode der Trockenzelle 29 steht mit einer Kathodenplatte 31 a, die auf einer innerhalb des Griffteils 1 a angeordneten Isolierplatte 31 ausgebil det ist, in Verbindung, und die Anode der Trockenzelle 29 wird von einer auf einer Kappe 33 angeordneten Anodenfeder 32 getragen. Die Kathodenplatte 31 a ist über dem wärmeempfindlichen Schalter 30 mit der positiven Elektrode 28 a des kleinen Motors 28 verbun den, und die negative Elektrode 28 b des Motors 28 ist über den Griffteil 1 a, die Kappe 33 und die Anoden feder 32 an die Anode der Trockenzelle 29 angeschlos sen.

Die Schaltung ist so konstruiert, daß, wenn der wärmeempfindliche Schalter 30 zum Schließen eines Stromkreises zur Stromzuführung von der Trockenzelle 29 geschlossen wird, der kleine Motor 28 zum Antrieb des Ventilators 27 eingeschaltet wird, wobei ein Teil des Luftstroms forciert durch die Luftansaugöffnung 18 in das Innere der Düse 17 geleitet wird, während der übrige Teil des Luftstroms über den äußeren Umfang der Düse 17 und des Verbrennungskatalysators 19 zur Heißgasausstoßöffnung 2 a des Verbrennungsgehäuses 2 geführt wird. Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, ist am äußeren Umfang der Luftansaugöffnung 18 der Düse 17 ein Kragen 34 zum Auslöschen der Zündflamme befestigt, der in Gasstromrichtung konvergiert, um den vom Ventilator 27 zugeführten Luftstrom in die Luftansaugöffnung 18 einzuleiten. Weiterhin ist an dem äußeren Umfang der Düse 17 an derem stromabwärts liegenden Ende eine zylindrische Stromführung 35 angebracht, um ein direktes Auftreffen des Luftstroms von dem Ventilator 27 auf den Verbrennungskatalysator 19 zu verhindern, das sonst eine Unterkühlung des Verbrennungskatalysators 19 bewirken würde.

Im folgenden wird die Betriebsweise der Vorrichtung zur Erzeugung eines Heißgasstrahls nach dem obigen Ausführungsbeispiel beschrieben.

Zur Inbetriebnahme des Gerätes wird der Betriebsknopf 7 a gedreht, um das Ventil 7 zu öffnen. Damit wird das Flüssiggas 5 im Brennstoffbehälter 3 verdampft und durch das Saugteil 6 aufgrund des Druckunterschiedes zwischen der Außen- und der Innenseite des Behälters 3 angesaugt. Das Gas wird dann über die Gasleitung 8 und die Wärmeaustauscherleitung 9 zu dem am Ende befindlichen Anschluß 10 geleitet und weiter durch den Filter 12 im Gasaustrittsteil 14 geführt, wo im Gas befindliche Fremdkörper entfernt werden. Das so mit gereinigte Gas wird durch die Öffnung 13 in die Düse 17 mit einer Stromgeschwindigkeit von etwa 100-300 m/sec ausgestoßen.

Beim Ausstoß des Flüssiggases 5 durch die Öffnung 13 wird äußere Luft durch die Luftansaugöffnung 18 in die Düse 17 durch den Ejektoreffekt des ausgestoßenen Gases angesaugt, wodurch das Flüssiggas 5 und die äu ßere Luft in der Düse 17 gemischt werden und dann das so gebildete Luft-Brennstoffgas-Gemisch durch den Dü senaustritt 16 ausgestoßen wird.

Wenn der Zündknopf 25 in diesem Zustand betätigt wird, werden piezoelektrische Funken zwischen der Zündkerze 20 und dem Düsenausstritt 16 erzeugt, um das aus dem Düsenaustritt 16 ausgestoßene Luft-Brennstoffgas-Ge misch zu zünden. Dadurch wird das Luft-Brennstoff gas-Gemisch einer flammenbildenden Verbrennung an der Stirnseite des Düsenaustritts 16 unterworfen. Darauf hin wird der Verbrennungskatalysator 15 durch die Wärme der Zündflamme auf seine reaktionseinleitende Temperatur (etwa 180°C) erwärmt. Die Temperatur der Düse 17 wird dabei ebenfalls innerhalb eines Zeitraums von 5-10 sec nach der Zündung erwärmt, wodurch der wärmeempfindliche Schalter 30 geschlossen wird, um den stromzuführenden Kreis zu schließen und dadurch den kleinen Motor 28 in Betrieb zu setzen.

In der Zwischenzeit wird der Wärmeaustauscher 9 a durch das Verbrennungsabgas soweit erwärmt, daß das Flüssig gas 5 vollständig verdampfen kann.

Wenn der Motor 28 in Betrieb gesetzt ist, dreht sich der Ventilator 27, um äußere Luft in einer ausreichen den Menge, um die gewünschte Stromrate des Heißgas strahls zu erhalten, in das Innere des Hauptkörpers 1 einzublasen. Der auf diese Weise eingeleitete zusätz liche Luftstrom wird zu einem Teil längs des äußeren Umfangs der Düse 17 und des Verbrennungskatalysators 19 zur Heißgasausstoßöffnung 2 a des Verbrennungsgehäu ses 2 geleitet, während er zum anderen Teil über die zur Flammenauslöschung dienende Hülse 34 durch die Luftansaugöffnung in das Innere der Düse 17 geführt wird. Dies bewirkt, daß der Luftanteil im Gasgemisch innerhalb der Düse 17 so stark erhöht wird, daß die Flamme verpufft und damit erlöscht, wie dies zum Beispiel von einem Gasbrenner her bekannt ist. Danach wird das Luft-Brennstoffgas-Gemisch, ohne einer Ver brennung unterworfen zu sein, dem Verbrennungskataly sator 19 zugeführt. Da der Verbrennungskatalysator 19, wie oben beschrieben, vorher auf seine Reaktionstempe ratur erwärmt worden ist, wird das aus dem Düsen austritt 16 ausgestoßene Luft-Brennstoffgas-Gemisch im Kontakt mit dem Verbrennungskatalysator 19 katalytisch verbrannt. Die katalytische Verbrennung wird dann selbständig fortgeführt. Damit erhält man eine durch den Verbrennungskatalysator 19 bewirkte flammenlose und vollständige Verbrennung. Das Verbrennungsabgas des Verbrennungskatalysators 19 wird mit einem Teil des vom Ventilator 27 gelieferten und über den äußeren Umfang des Verbrennungskatalysators 19 geleiteten Luftstroms gemischt, und der Heißgasstrom, dessen Stromrate auf diese Weise erhöht und der durch das Mischen auf eine gewünschte Temperatur abgekühlt worden ist, wird aus der Heißgasausstoßöffnung 2 a ausgestoßen. Die Temperatur des Heißgasstrahls wird innerhalb eines Bereichs von zum Beispiel 100-500°C durch Einstellen des Öffnungsgrades der Steuerventils 7 gesteuert.

In einem Anwendungsfall, wobei die Stromrate des für die Verbrennung verwendeten verdampften Gases weniger als 200 cm pro Minute beträgt, kann das Flüssiggas bei Umgebungstemperatur spontan verdampft werden, so daß in diesem Fall ein Wärmeaustauscher 9 a nicht immer notwendig ist.

Wenn jedoch die Temperatur des aus der Heißgasausstoß öffnung 2 a ausgestoßenen Heißgasstroms auf 400-500 °C eingestellt werden soll, ist eine Gasstromrate von etwa 300-500 cm pro Minute erforderlich. In diesem Fall wird mit gewöhnlichen Methoden keine effektive Verdampfung einer so hohen Gasstromrate erreicht. Insbesondere, wenn die Stromrate des Flüssiggases größer als 200 cm pro Minute ist, erhält man bei Umgebungstemperatur nur eine ungenügende spontane Verdampfung des Flüssiggases. Das noch nicht vollstän dig verdampfte Flüssiggas, das somit noch relativ grobe Flüssigkeitspartikel enthält, wird in diesem Zustand von der Düse 17 ausgestoßen, ohne daß damit die angestrebte normale Verbrennung, sondern möglicherwei se abnorm große, aus der Heißgasausstoßöffnung 2 a austretende Flammen erreicht werden.

Die Anordnung des Wärmeaustauschers 9 a macht es möglich, daß eine große Menge Flüssiggas vollständig verdampft und damit der oben erwähnte Nachteil beseitigt wird.

Um die katalytische Verbrennung zu unterbrechen, wird der Betriebsknopf 7 a in entgegengesetzter Richtung gedreht, um das Ventil 7 zu schließen. Danach wird, da der Düse 17 nicht länger Gas zugeführt wird, die Verbrennung im Verbrennungskatalysator 19 unterbro chen. Bei Unterbrechung der Verbrennung im Verbren nungskatalysator 19 wird der Ventilator 27 nicht gleich ausgestellt, sondern arbeitet solange weiter, bis die Temperatur der Düse 17 auf eine vorbestimmte Temperatur abgefallen ist (zum Beispiel auf eine Temperatur unter 200°C, bei der weder Zünd- noch Feuergefahr vorhanden ist), so daß der wärmeempfindli che Schalter 30 bedient wird. Auf diese Weise kann selbst dann, wenn die Heißgasstrahlarbeit bei einer hohen Temperatur unterbrochen wird, die Vorrichtung zur Erzeugung des Heißgasstrahls aufgrund der forcier ten Luftkühlung auf eine mäßige Temperatur abgekühlt werden, die einen sicheren Betrieb der Vorrichtung gestattet.

Da aufgrund dieser Vorrichtung der Heißgasstrahl durch Mischen der Verbrennungsabgase des Flüssiggases 5 und des vom Ventilator 27 gelieferten Luftstroms erzeugt wird, ist es möglich, die Ausmaße und das Gewicht der Vorrichtung im Vergleich mit bekannten, elektrische Energie als Wärmequelle verwendenden Vorrichtungen erheblich zu reduzieren. Weiterhin kann ein Heißgas strahl mit einer breiten Temperatureinstellung von hohen bis zu niedrigen Temperaturen durch einfache Steuerung der Verbrennungsgasstromrate erreicht wer den, und die Stromrate des Heißluftstroms kann immer konstant gehalten werden.

Da der vom Ventilator 27 gelieferte Luftstrom forciert in die Düse 17 eingeleitet und der Ventilator 27 außerdem durch den wärmeempfindlichen Schalter 30 automatisch ein- und ausgestellt wird, ist damit keine ermessensmäßige und damit kritische Wahl des Umschalt zeitpunktes von der anfänglichen Zündverbrennung am Düsenaustritt 16 zur flammenlosen Verbrennung im Verbrennungskatalysator 19 erforderlich, wodurch die Betriebsweise der Vorrichtung vereinfacht und Be triebsfehler vermieden werden.

Da der vom Ventilator 27 gelieferte Luftstrom geteilt wird und nur ein Teil des Luftstroms durch die Gaskanäle des Verbrennungskatalysators 19 geleitet wird, kann einerseits eine Unterkühlung des Kataly sators vermieden und andererseits eine ausreichende Stromrate des Heißgasstroms infolge der Wiederverbin dung des aufgezweigten Luftstroms an der Ausstoßöff nung 2 a gewährleistet werden.

Da die über den äußeren Umfang des Verbrennungskataly sators 19 geleitete Luft das Verbrennungsgehäuse 2 abkühlt, kann die Temperatur des Verbrennungsgehäuses 2 niedriger gehalten werden, wodurch eine sichere Bedienung der Vorrichtung gewährleistet ist.

Da ein beträchtlicher Anteil des Heißgasstroms aus den Verbrennungsabgasen besteht, ist der darin enthaltene Sauerstoffanteil beträchtlich geringer als in einem gewöhnlichen Heißgasstrom, der ausschließlich aus atmosphärischer Luft besteht, so daß selbst bei der Heißgasbearbeitung brennbarer Materialien eine hohe Sicherheit gewärleistet ist. Zum Beispiel konnte in einem Versuch, bei dem ein mit Benzin getränktes Stück Stoff einem bei einer Temperatur von 550°C aus der Heißgasausstoßöffnung ausstretenden Heißgasstrahl aus gesetzt worden war, bestätigt werden, daß das Material sich nicht entzündete. Dies kann der Tatsache zugeschrieben werden, daß der aus der Heißgasausstoß öffnung 2 a austretende Heißgasstrahl im wesentlichen aus den Verbrennungsabgasen besteht und daher einen so geringen Sauerstoffgehalt aufweist, daß das Stück Stoff nicht entzündet wird.

Da der Brennstoffbehälter 3 und die Trockenzelle 29 im Innern des Griffteils 1 a angeordnet sind, kommt die Vorrichtung ohne äußere Anschlußleitung aus, wodurch eine Verringerung der Ausmaße und des Gewichts der Vorrichtung möglich wird, während der Betrieb der Vorrichtung über einen langen Zeitraum hinweg auf rechterhalten werden kann.

Obwohl das oben beschriebene Ausführungsbeispiel so konstruiert ist, daß es keine äußere Anschlußleitung aufweist, kann in einem anderen Ausführungsbeispiel der Brennstoffbehälter 3 auch separat vom Hauptkörper 1 angeordnet und über ein Rohr mit dem Ventil 7 verbunden sein. Bei diesem abgeänderten Ausführungs beispiel können die Ausmaße und das Gewicht der Vorrichtung um den Brennstoffbehälter 3 verringert werden.

Während in dem oben betrachteten Ausführungsbeispiel der kleine Motor 28 mit konstanter Drehgeschwindigkeit betrieben wird, um eine konstante Luftstromrate vom Ventilator zu erhalten, kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel die Drehzahl des kleinen Motors 28 zur Steuerung der vom Ventilator 27 erzeugten Luft stromrate einstellbar sein. Auch ist die Ausbildung des Wärmeaustauschers 9 a nicht notwendig auf die oben beschriebene spulenförmige Gestalt beschränkt. Eine Konstruktion aus ebenen Platten, die in der selben Anordnung wie im Innern des Verbrennungskatalysators 19 zusammengesetzt sind, kann ebenso verwendet werden. Falls nur eine geringe Heißgasstromrate erzeugt werden soll, kann außerdem auf den Wärmeaustauscher 9 a verzichtet werden.

Während im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel nur ein Teil des Luftstroms vom Ventilator 27 forciert in die Düse 17 eingeleitet wird, kann in einer Vorrich tung, in der die Luftstromrate vom Ventilator 27 so gering ist, daß keine Unterkühlung des Verbrennungska talysators 19 zu befürchten ist, auch der gesamte Luftstrom in die Düse 17 eingeführt werden.

Wie anhand des obigen Ausführungsbeispiels beschrieben worden ist, wird das Luft-Brennstoffgas-Gemisch zuerst einer flammigen Verbrennung unterworfen, um die Temperatur des Verbrennungskatalysators auf die kata lytische Verbrennungstemperatur zu erhöhen, woraufhin die Flamme dann durch den vom Ventilator zum Gasmisch bereich forciert zugeführten Luftstrom gelöscht wird, um die flammige Verbrennung in eine flammenlose, vollständige Verbrennung mit Hilfe des Verbrennungska talysators umzuwandeln. Auf diese Weise kann ein starker Heißgasstrahl hoher Temperatur in einer Vorrichtung kleiner Ausmaße und niedrigen Gewichts leicht erhalten werden. Da die Verbrennungsabgase als Heißgasstrahl verwendet werden, kann außerdem die Feuergefahr und dergleichen erheblich herabgesetzt werden, wodurch eine sehr viel höhere Betriebssicher heit erreicht wird, als mit einer elektrischen Vorrichtung zur Erzeugung eines Heißgasstrahls, die Umgebungsluft unmittelbar verwendet, sowie mit einer Brennlampe, bei der die Brenngasflamme selbst verwen det wird, möglich ist.

Claims

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Heißgasstrahls, die Flüssiggas als Energiequelle zur Erwärmung eines Luftstroms verwendet, gekennzeich net durch:
eine Gasausstoßeinrichung zum Ausstoß eines aus einem Flüssiggasbehälters (3) verdampften Brenn stoffgases,
eine Einrichtung zur Bildung eines Luft-Brenn stoffgas-Gemisches durch Ansaugen äußerer Luft vermöge des Ejektoreffekts des aus der Gasausstoß einrichtung austretenden Brennstoffgases,
eine stromabwärts von der Einrichtung zur Bildung des Luft-Brennstoffgas-Gemisches angeordnete Zünd einrichtung zur Zündung des Luft-Brennstoffgas- Gemisches,
eine katalytische Verbrennungseinrichtung mit ei nem Verbrennungskatalysator (19), der eine Viel zahl von längs der Gasflußrichtung angeordneten Gaskanälen (19 a) aufweist, um das Luft-Brenn stoffgas-Gemisch durch diese hindurchzuleiten und das Gemisch mit den Kanalwänden zum Erreichen einer flammenlosen und vollständigen katalytischen Verbrennung in Berührung zu bringen,
eine Einrichtung zum Ausstoß des Heißgasstrahls als Abgas der katalytischen Verbrennungseinrich tung,
eine Einrichtung zur forcierten Zuführung eines Luftstroms wenigstens teilweise zu der Einrich tung zur Bildung des Luft-Brennstoffgas-Gemisches und
eine Steuereinrichtung zum Beginnen und Beenden des Betriebs der Einrichtung zur forcierten Zulieferung des Luftstroms in Abhängigkeit von der Verbrennungstemperatur.

2. Vorrichtung zur Erzeugung eines Heißgasstrahls nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die von der Einrichtung zur forcierten Zuführung eines Luftstroms gelieferte Luft zum einen Teil in die Einrichtung zur Bil dung des Luft-Brennstoffgas-Gemisches eingeleitet und zum anderen Teil zum äußeren Umfang der kata lytischen Verbrennungseinrichtung geführt wird.

3. Vorrichtung zur Erzeugung eines Heißgasstrahls nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Wärmeaustau schervorrichtung zum Wärmeaustausch zwischen dem aus dem Flüssiggasbehälter (3) angesaugten Flüs siggas (5) und dem aus der katalytischen Verbren nungseinrichtung stammenden Verbrennungsabgas an der stromabwärts liegenden Seite der katalyti schen Verbrennungseinrichtung angeordnet ist, um die vollständige Verdampfung des Flüssiggases (5) zu beschleunigen.

4. Vorrichtung zur Erzeugung eines Heißgasstrahls nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekenn zeichnet durch:
eine Öffnung 13 zum Ausstoß des von dem Flüssig gasbehälter (3) über ein Gasstromsteuerventil (7) zugeführten Flüssiggases (5),
eine am Ausgang der Öffnung (13) angeordnete Luft ansaugöffnung (18) zum Ansaugen äußerer Luft auf grund des Ejektoreffekts des durch die Öffnung (13) ausgestoßenen Brennstoffgases, um ein Luft- Brennstoffgas-Gemisch durch einen Düsenaustritt (16) zu erzeugen,
eine am Düsenaustritt (16) angeordnete Zündkerze (20) zur Zündung des aus dem Düsenaustritt (16) ausgestoßenen Luft-Brennstoffgas-Gemisches,
einen Verbrennungskatalysator (19), der eine Viel zahl von längs der Gasflußrichtung angeordneten Gaskanälen (19 a) aufweist, die einen glatten Gas fluß und wirkungsvollen Kontakt zwischen dem Luft- Brennstoffgas-Gemisch und den Wänden des Kataly sators (19) gestatten,
einen Wärmeaustauscher (9 a), der einen Teil einer von dem Flüssiggasbehälter (3) zur Öffnung (13) führenden und an der stromabwärts liegenden Seite des Verbrennungskatalysators (19) angeordneten Gaszuführungsleitung (8) bildet, womit das in der Gaszuführungsleitung (8) strömende Flüssiggas (5) durch Wärmeaustausch mit dem vom Verbrennungskata lysator (19) ausgestoßenen Abgas erwärmbar und verdampfbar ist,
eine stromabwärts vom Wärmeaustauscher (9 a) ange ordnete Gasausströmöffnung (2 a) und
einen durch einen Motor (28) betriebenen Ventila tor (27) zur forcierten Zulieferung eines äußeren Luftstroms zum einen Teil in die Luftansaugöff nung (18) und zum anderen Teil längs des äußeren Umfangs des Verbrennungskatalysators (19).

5. Vorrichtung zur Erzeugung eines Heißgasstrahls nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß ein wärmeempfindlicher Schal ter (30) zur Feststellung der Verbrennungstempe ratur und zum Schließen des Stromzuführungskreises des Motors (28) bei Erreichen einer vor bestimmten Temperatur an dem Düsenaustritt (16)
angeordnet ist.