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Verfahren zur Verbrennung gasförmiger, staubförmiger und flüssiger=
Brennstoffe in Öfen u. dgl. unter Verwendung katalytisch wirkender Stoffe starker
Elektronenemission als Kontaktstoffe Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung
gasförmiger, staubförmiger und flüssiger Brennstoffe in Öfen u. dgl. unter Verwendung
von Stoffen starker Elektronenemission als Kontaktstoffe zwecks Erzeugung hoher
Verbrennungstemperaturen.
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Es ist bekannt, daß der Verbrennungsvorgang durch die Kontaktwirkung
von heißen Oberflächen erheblich beschleunigt und vollständiger gemacht werden kann.
Zu dem Zwecke wird bei bekannten Öfen das Brennstoffluftgemisch durch die Poren
oder Kapillaren von feuerfesten Platten oder die Zwischenräume einer körnigen Schüttung
hindurchgepreßtund an derAustrittsfläche entzündet. Dadurch erhitzt sich die Oberfläche
der feuerfesten Masse zu hoher Glut, während die sichtbare Flamme immer mehr abnimmt
und allmählich verschwindet. Bei Verwendung der in diesem Falle unumgänglich notwendigen
besonderen Mischkammern, in denen der Brennstoff und das sauerstoffhaltige Gas vor
der Einführung in den eigentlichen Verbrennungsraum gemischt werden, muß zwecks
Vermeidung von Rückschlägen der Flamme in die Mischkammer das Gemisch mit einer
Geschwindigkeit durchgepreßt werden, welche die Rückzündungsgeschwindigkeit des
Gemisches übersteigt. Dies erfordert die Anwendung eines hohen Preßdruckes, um dies
Gemisch durch die feuerfesten Körper hindurchzutreiben. Auch ist die Verwendung
von Stoffen starker Elektronenemission als katalytisch wirkende Kontaktstoffe bei
Verbrennungsvorgängen bekannt.
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Gemäß der Erfindung ist der Verbrennungsraum durch in der Strömungsrichtung
der Gase verlaufende Vorsprünge, Einbauten o. dgl., die aus Stoffen starker Elektronenemission,
z. B. aus Magnesiumoxyd, Thoriumoxyd, Calciumoxyd, Zirkonoxyd, Bariumoxyd, Berylliumoxyd
o. dgl., bestehen, mit einer katalytisch wirksamen Kontaktfläche ausgestattet, die
mindestens 2o qdm auf Z Cdm des freien Verbrennungsraumes beträgt, und das Verbrennungsgemisch
wird mit einer solchen Geschwindigkeit durch diesen Verbrennungsraum hindurchgeleitet;
daß die Verweilzeit der Gasteile zwischen den Kontaktflächen nur bis ungefähr i/ioo
Sekunde beträgt. Dabei werden Brennstoff und Luft dem Verbrennungsraum getrennt
zugeführt und die im Verbrennungsraum vorgesehenen Einbauten sind so angeordnet,
daß zwischen ihnen eine Stauung der durchstreichenden Gase nicht eintritt.
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Mit Hilfe des neuen Verfahrens lassen sich ohne Vergrößerung der Brennstoffmenge
und der Ofenabmessungen höhere Verbrennungstemperaturen erzielen als bei bekannten
Arbeitsweisen. Auch kann man bei Einstellung der Ofenhitze auf eine unter der erzielbaren
Höchsttemperatur liegende niedrigere Temperatur diese
mit geringeren
Heizstoffmengen erreichen als bisher. Beispielsweise ist es mit einem gemäß der
Erfindung gebauten und beschriebenen Ofen möglich, bei der Verbrennung von Leuchtgas
mit 4200 Wärmeeinheiten je Kubikmeter und Luft Verbrennungstemperaturen von über
2ooo° C zu erreichen. Bei Verwendung von Sauerstoff anstatt Luft kann man im gleichen
Falle sogar Temperaturen über 2q.00° C erzielen, wobei bei Verwendung höherwertiger
Brennstoffe noch höhere Temperaturen erreicht werden können. Dabei bedarf man zur
Zuführung der Komponenten des Gasgemisches im allgemeinen keines stark erhöhten
Druckes, sondern kann z. B. Leuchtgas einer beliebigen Städtieitüng entnehmen und
den. Wind mit geringem Kraftaufwand, z. B. mit einem .einfachen. Ventilatorgebläse,
- erzeugen:- Dabei' kann man die zuzuführenden Komponenten, z. B. Luft, Sauerstoff
und brennbares Gas, unterVerwendung der Abgase oder der strahlenden Wärme des Ofens
in an sich bekannter Weise vorwärmen und auf diese Weise die erreichbare Verbrennungstemperatur
noch steigern. _ Bei praktischer Durchführung des Verfahrens wird die erforderliche
starke Vergrößerung der Kontaktfläche durch Anordnung von Einbauten aus Stoffen
starker Elektrönenemissiön in dem Verbrennungsraum ermöglicht, die das Brennstoffluftgemisch
in an sich bekannter Weise in dünne Schichten, Streifen oder Bänder unterteilen.
Man kann z. B den Verbrennungsraum mit Vorsprüngen, Rippen, eingesetzten Leitwänden,
Durchflußrohren usw. versehen.. Da für die Erreichung der höchsten Verbrennungstemperatur
eine ständige sofortige Abführung der Verbrennungsgase aus der Kontaktzone erforderlich
ist, sind die die Kontaktfläche vergrößernden Einbauten, Rippen usw. so angeordnet;
daß sie in der Durchflußrichtung des Brennstoffluftgemisches liegen.
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Es soll also jedes Verweilen des Gasgemisches über die zum Verlauf
der Reaktion nötige Zeit hinaus an der Kontaktfläche wie auch jede Stauung des Gasgemisches
innerhalb des Verbrennungsraumes vermieden werden. Die Wände des Ofens können dabei
in voller Stärke aus diesen Elektronen aussendenden Stoffen hergestellt sein, oder
es können diese Stoffe als Verkleidung des Verbrennungsraumes benutzt werden.
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Dabei kann bei Muffel- oder TiegeIöfen die Muffel bzw. der Tiegel
von übereinanderliegenden Verbrennungsräumen umgeben sein, die von dem Gasgemisch
nacheinander . durchströmt werden, wobei es zunächst die innere Verbrennungskammer
durchströmt, wie es an sich bei derartigen Öfen bekannt ist. In diesem Fall ist.
eine Vergrößerung der Kontaktfläche durch Einbauten vor allem in :der inneren Verbrennungskammer,
also im ersten Teil des Verbrennungsraumes, vorzunehmen. In der Zeichnung sind ein
Muffelofen und ein Tiegelofen dargestellt, bei denen die Kontaktfläche des . Verbrennungsraumes
durch Einbauten aus Stoffen starker Elektronenemission in dem erforderlichen Maße
vergrößert ist.
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Abb. = zeigt einen Querschnitt durch einen i42uffelofen nach der Linie
C-D der Abb. 2. Abb. 2 ist ein Längsschnitt durch diesen Ofen nach Linie A-B der
Abb. i.
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Abb. 3 zeigt. einen senkrechten Querschnitt durch einen Tiegelöfen.
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Abb. q. stellt eine Aufsicht von oben auf diesen in der Ebene E-F
nach Abb. 3 geschnittenen Tiegelofen zur Hälfte dar.
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Es bezeichnet in Abb. i und 2 a die aus geeignetem feuerfestem Stoff
bestehende Ofenrnuffel, beinen die Muffel.schichtartig umgebenden inneren der durch
die Wand c nach außen abgeschlossen ist. Brennstoff in geeigneter Form und das Zusatzgas,
Sauerstoff oder-Lüft; treten unggzni$cht an-einem Ende des Ofens in den Verbrennüngsräum
selbst ein, um hier gemischt und gezündet- zu --werden.
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In dem Verbrennungsraum b sind als die ,Kontaktfläche, des '#durchströmenden
Gasgemisches vergrößernde Einbauten kreuzförmige Einsätze d aus einem Stoff starker
Elektronenemission angeordnet;- -derart, daß mindestens 2o qdm Kontaktfläche auf
i cdm des freien Verbrennungsraumes kommen und eine Stauung des Gasgemisches zwischen
ihnen nicht eintritt.
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Am Ende des Verbrennungsraumes b wird das Gasgemisch entsprechend
der Pfeilrichtung (Abb.2) umgewandt, um alsdann. durch den äußeren Mantelraum e
zurückgeleitet und aus dem Ofen abgeführt zu werden. Auch- der äußere Mantelraum
e kann ganz oder teilweise mit die Kontaktfläche vergrößernden Einsätzen versehen
sein.
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Bei dem Tiegelöfen nasch Abb. 3 bezeichnet -f einen Tiegel, der schalenartig
von den Wänden g und k umgeben ist. Zwischen den Wänden'sind Stützrippen oder Stütznocken
i, k angeordnet, die mit dem Tiegel oder mit den Wänden j, lt
fest
verbunden sind.
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Zwischen dem Tiegel und der Wand g sind Leitwände 1, in, n,
o, P aus Stoffen starker Elektronenemission derart angeordnet, daß auf i cdm des
Verbrennungsraumes mindestens 2o qdm Kontaktfläche kommen.
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Der gasförmige, flüssige oder staubförmige Brennstoff wird durch die
Leitung q zugeführt und tritt aus den Öffnungen s° des Brenners in den den Tiegel
f umgebenden Raum aus.
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Ebenso wird auch die Luft oder der Sauerstoff durch eine Leitung s
und Öffnungen t in den Verbrennungsraum selbst eingeführt. Das Brennstoffluftgemisch
wird im Verbrennungsraum sofort zur Entzündung gebracht und zwischen den. Einsatzwänden
1, m, n, a, durch den Raum u mit einer solchen Geschwindigkeit
getrieben,
daß die Verweilzeit der Gasteile zwischen den Leitwänden nur bis etwa 1/10o Sekunde
beträgt.
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In der oberen Ringkammer v werden die Gase umgelenkt und gehen nun
durch den äußeren Raum w wieder nach unten, um z. B. durch eine Öffnung x abgeführt
zu werden.