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Zündvorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf Brennstoffzündvorrichtungen
und betrifft insbesondere die Zündung von Brennstoffen in molekularem oder sonstigem
fein verteilten Zustande, beispielsweise entflammbaren Gasen, insbesondere Naturgasen
und dessen Hauptkomponente Methan.
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Gaszünder sind als solche bereits bekannt und sind in verschiedenen
Vorrichtungen und für verschiedene Zwecke verwendet worden. Für Haushaltsapparate
wird häufig eine Zündflamme benutzt. Elektrische Zünder wie besonders starke elektrische
Funkenentladungen und glühende elektrische Widerstandsdrähte sind ebenfalls in verschiedenen
Vorrichtungen verwendet worden.
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Alle derartigen Zünder, Zündflamme, elektrische Funkenentladung, Glühdraht,
beruhen auf dem Prinzip der induzierten Zündung mittels eines lleizelementes von
einer Temperatur, die mindestens gleich derjenigen der Zündtemperatur des Brennstoffes
unter den jeweiligen besonderen Verhältnissen ist, wobei die Brennstoff-Luft-Mischung
örtlich auf eine solche Temperatur erhitzt wird, daß die erzeugte Wärme ausreicht,
um eine Flammenzündung in der jeweiligen Mischung zu erzielen. Zündvorrichtungen
solcher Art haben eine Anzahl von Mängeln. Zündflammen sind teuer im Betrieb, unzuverlässig
und gefährlich. Elektrische Funkenentladungen und Glühdrähte sind in vielen Beziehungen
Zündflammen vorzuziehen, sind aber recht teuer und aus diesem Grunde für die häufigsten
Anwendungen ungeeignet. Beispielsweise ist es bei elektrischen Widerstandszündern
zur Sicherstellung einer Zündung unabhängig von Spannungsschwankungen notwendig,
den Widerstand mit einer Temperatur zu betreiben, die wesentlich höher ist als die
Mindesttemperatur, bei welcher Zündung eintritt. Hierdurch
wird
die Lebensdauer derartiger Widerstände verkürzt, da bei diesen Temperaturen das
Metall des Drahtes einer Rekristallisation, Kornwachstum und Erweichung unterliegt.
Um solche unzulässig hohe Temperaturen zu vermeiden, kann man einen Spannungsregler
verwenden, durch welchen die Vorrichtungen jedoch für die meisten Verwendungszwecke
zu teuer werden. Ferner sind solche Zünder infolge ihres hohen Leistungsverbrauches
recht kostspielig im Betrieb.
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Es sind bereits Versuche angestellt worden, Gase mittels katalytischer
Zündvorrichtungen zu zünden, z. B. mittels Katalysatoren aus Platin o. dgl., wobei
die Zündung des Gases auf der katalytischen Verbrennung des entflammbaren Gases
beruht. In der Praxis sind jedoch derartige experimentelle katalytische Zündvorrichtungen
als mangelhaft befunden worden infolge unzuverlässiger Wirkungsweise und Schwierigkeiten
bei der Ingangsetzung oder Aufrechterhaltung der katalytischen Reaktion und insbesondere
hei der Beschleunigung der katalytischen Verbrennung bis auf einen Punkt, bei dem
die flammenlose Verbrennung der katalytischen Reaktion das Brenngas entzündet.
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In manchen Fällen ist die Ingangsetzung der Reaktion und die Beschleunigung
derselben bis zur schließlichen Zündung leichter als in anderen Fällen. Beispielsweise
bei Leuchtgas ist eine derartige katalytische Reaktion verhältnismäßig leicht infolge
des Vorhandenseins freien Wasserstoffes, dessen katalytische Verbrennung leicht
in Gang kommt und zur Zündung des organischen Brennstoffes führt. Bei Naturgas,
das hauptsächlich aus Methan mit geringen Beimengungen anderer, Komponenten besteht,
und ebenso bei technischen Gasen, wie Methan, Propan, Butan, Äthan usw., die keinen
freien Wasserstoff enthalten, ist die Zündung durch katalytische Verbrennung des
organischen Brennstoffes außerordentlich schwierig, und die technischen katalytischen
Zündvorrichtungen funktionieren überhaupt nicht bei derartigen Gasen. Auf alle Fälle
sind katalytische Zünder der bisher beschriebenen Art sehr unzuverlässig und haben
überdies eine erhebliche Zeitverzögerung zwischen Beginn der katalytischen Reaktion
und Zündung.
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Es ist nun festgestellt worden, daß es trotzdem und ungeachtet der
von früheren Forschern getroffenen Feststellungen möglich ist, einen katalytischen
Zünder für entflammbare Gase und andere Brennstoffe, wie Petroleum u. dgl., in fein
verteiltem Zustande in einer Brennstoff-Luft-Mischung vorzusehen, der außerordentlich
praktisch und tatsächlich den bisher entwickelten Zündern weit überlegen und dadurch
geeignet ist, nicht nur synthetisches :oder Leuchtgas (sog. Stadtgas) zu zünden,
welches freien Wasserstoff enthält, sondern auch Naturgas, das durch Kohlenwasserstoffe,
wie Methan; Butan, Propan usw., gesättigt ist, sowie andere fein verteilte Brennstoffe,
unabhängig von dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von freiem Wasserstoff.
Tatsächlich ist Methan der am schwierigsten zu zündende gesättigte Kohlenwasserstoff,
und trotzdem ist Methan, welches den Hauptbestandteil von Naturgas für Haushalts=
und industrielle Zwecke darstellt, derjenige entflammbare organische Brenn= stoff,
der zuverlässig und mit einem großen Maße von Sicherheit gezündet werden muß, wenn
die Zündvorrichtung für die Zündung von Naturgas praktisch verwendbar sein soll.
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Die Erfindung bezweckt daher die Schaffung eines besonders leistungsfähigen
katalytischen Zünders für organischen Brennstoff in fein verteiltem Zustande,,welcher
im Betrieb ein hohes Maß von Zuverlässigkeit und Sicherheit aufweisen soll. Die
Erfindung bezweckt ferner die Schaffung einer solchen Z.ün&vorrichtung für organische
Brennstoffe in fein verteiltem Zustand, die besonders schwierig mittels katalytischer
Verbrennung zu zünden sind, wie beispielsweise Methan. Weitere Zwecke und Vorteile
der Erfindung ergeben sich aus nachstehender Beschreibung.
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Bei der katalytischen Entzündung setzt die Reaktion mit verhältnismäßig
geringer Geschwindigkeit ein, und die Reaktionswärme steigert die Temperatur der
katalytischen Oberfläche und der angrenzenden Gasschicht und bewirkt dadurch eine
ständige Steigerung der Geschwindigkeit der katalytischen Reaktion und die Hervorrufung
thermischer Reaktion in der angrenzenden Gasschicht, bis schließlich genug reaktive
Teilchen oder Kettenträger in dem Gas erzeugt werden, um die Zündung hervorzurufen.
Dieses Verfahren wird jedoch gehemmt durch die Bildung von Reaktionsprodukten, die
entweder nicht brennbar sind oder nicht zu einer günstigen Kettenreaktion führen,
sowie ferner durch den Verbrauch des in der Nähe des Katalysators verfügbaren Sauerstoffes.
Ferner wird die schließliche Zündung teilweise durch schnellen Verlust der Reaktionswärme
seitens des Katalysators gestört, so daß eine unzureichende Wärmemenge zur Zündung
des Gases vorhanden ist.
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Die baulichen Merkmale der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung sind
in der Zeichnung näher veranschaulicht. Es bedeutet Abb. r Schaubild eines die Zündvorrichtung
enthaltenden Zündsystems, Abb.2 Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Zündvorrichtung; Abb. 3 zeigt eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Zündvorrichtung; Abb.4 bis 7 zeigen schaubildliche Darstellung verschiedener Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung, und, _ Abb.8 zeigt eine schematische Darstellung
des Prinzips in Anwendung auf einige der Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Zündvorrichtung.
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Abb. i zeigt ein Zündsystem mit einem Gasbrenner i mit Rückschlagsöffnung
2 und Rückschlagsrohr 3 und einer elektrisch geheizten Zündvorrichtung 4 aus katalytischem
Metall, z. B. Platin, in Form einer Spule. Die Zündvorrichtung kann in horizontaler
Lage verwendet werden oder in vertikaler oder in irgendeiner anderen geneigten Stellung.
Die Zündspule 4 ist besonders in den Abb. 2
bis 7 dargestellt und
besteht gemäß Abb. 2 bis 5 sowie 7 und 8 aus einem schraubenförmig gewundenen Draht
in einem Stromkreis 5 und 5' nebst Stromquelle 6 und gemäß Abb. 6 aus einer Mehrzahl,
nämlich zwei, schraubenförmig gewundenen Drähten q.' und 4", wobei die Wendel 4'
einen größeren Durchmesser besitzt als die Wendel 4" und die Wendel 4" teilweise
umgibt und jede Wendel elektrisch in dem Stromkreis 5 und 5' bzW. 5" und 5"' geheizt
werden kann.
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Die "Zündwendel muß schraubenförmig und mit engem Abstand gewickelt
und der Durchmesser der Wendel -4 und . sowie 4' muß für eine kleine elektrische
Aufnahmeleistung dimensioniert sein. Der Durchmesser des Drahtes darf etwa
0,075 mm nicht übersteigen und im allgemeinen nicht unter etwa
0,025 mm heruntergehen und kann etwa in der Größe von 0,038 oder o,063
mm liegen. Der Draht selbst kann aus einer einzigen Ader oder mehreren Adern bestehen.
Im Falle von mehradrigen bzw. verfitztem Draht soll die Gesamtsumme der Durchmesser
der einzelnen Adern so sein, daß sich Querschnitte innerhalb der angegebenen Grenzen
ergeben. Der Draht kann irgendeine gewünschte geometrische Querschnittform, beispielsweise
kreisförmig, dreieckig, rechteckig usw., besitzen. Die Leistungsaufnahme des katalytischen
Drahtes ist sehr gering, bis zu etwa 2 Watt, gewöhnlich weniger als i bis 1,5 Watt,
und auf alle Fälle so niedrig, daß die Temperatur unterhalb der Rekristallisationstemperatur
des katalytischen Materials bleibt, d. h. der Temperatur, bei welcher Rek.ristallisation
und Kornwachstum eintreten und ein Durchsacken des Drahtes infolge starker Erweichung
stattfindet, wie 6oo° C für Platin. Die Zahl der Windungen hängt etwas von dem zu
zündenden Brennstoff ab und steigt mit der Schwierigkeit des Zündens des in Frage
kommenden Brennstoffes. Bei Gasen, die keinen freien Wasserstoff enthalten, muß
die Zahl der Windungen vorzugsweise mindestens sechs für Gase wie Butan und Propan
und mindestens zwölf für Gase wie @Ietllan betragen. Der Wendeldurchmesser und die
Windungsabstände sollen so sein, daß eine kompakte Windung entsteht mit großer katalytischer
Oberfläche auf kleinem Raum zusammengedrängt. Aus diesem Grund soll der Windungsabstand
so gering wie möglich sein, d. h. die Windungen sollen gerade so viel Abstand voneinander
haben, daß Kurzschluß vermieden wird. Der Wendeldurchmesser kann etwas schwanken,
aber vorzugsweise soll derselbe in der Größenordnung von i bis 5 nim liegen, vorzugsweise
insbesondere 2 bis 4 mm.
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Die organischen Brennstoffe verhalten sich sehr verschieden in bezug
auf die Entwicklung von kettentragenden Partikeln in ausreichender Zahl zur Zündung
des fein verteilten organischen Brennstoffes. Butan ist beispielsweise leichter
zu zünden als Propan, das seinerseits leichter zu katalysieren und zu zünden ist
als Methan. Wenn die chemische Zusammensetzung des Brennstoffes die Bildung einer
schnell wachsenden Zahl von Kettenträgern nicht gestattet, kann es sein, daß die
Kettenbildung und Zündung des Brennstoffes überhaupt nicht stattfindet infolge der
Bildung unverbrennbarer Produkte oder infolge von Seitenreaktionen, wie es beispielsweise
besonders ausgesprochen für Methan gilt. Um ein solches Gas zu zünden, wird der
Katalysator vorzugsweise in einer besonderen Art konstruiert, die am besten als
das Heterophasenprinzip zu bezeichnen ist. Wenn eine völlig gleichförmig konstruierte
Windung katalytischen Drahtes als Zündvorrichtung verwendet wird, wie in Abb. 2
veranschaulicht, so ist jedes Teil seiner Oberfläche gleichmäßig geeignet zur Ingangsetzung
der katalytischen Reaktion und demzufolge in gleicher Weise der auslöschenden Wirkung
unverbrennbarer Reaktionsprodukte oder ungewünschter Seitenreaktionsprodukte unterworfen.
Es kann daher der Fall eintreten, daß ein solcher Zünder von unaktivem Material
eingehüllt wird und das Methan o. dgl. Brennstoff nicht zünden kann. Um dies zu
vermeiden, wird erfindungsgemäß eine Katalysatoroberfläche, welche Zonen verschiedener
katalytischer Wirkung besitzt, vorgesehen. Der aktivste Teil ruft die Reaktion bei
niedriger Temperatur hervor. Dieser Teil ist die primäre Phase. Der weniger aktive
Teil, an welchem die Hauptreaktion bei höherer Temperatur stattfindet, stellt die
Sekundärphase dar. Der Unterschied in der Aktivität zwischen der primären und sekundären
Phase ist ausreichend, um die Ingangsetzung der katalytischen Reaktion zu begrenzen,
d. h. die Reaktion bei niedriger Temperatur auf die primäre Phase zu beschränken.
Ehe die Sekundärphase Zeit hat, die Reaktion zu katalysieren, wird sie durch die
Reaktionswärme in der primären Phase erhitzt, wird schnell hoch aktiv und ermöglicht
eine schnelle Hochtemperaturreaktion, die zu einer schnellen Zündung des Brennstoffes
führt. Die Erfindung besteht daher insofern darin, einen Katalysator vorzusehen,
der aus dem gleichen Material in dem gleichen chemischen und physikalischen Zustande
bestehen kann, aber eine solche Gestalt besitzt, daß er imstande ist, als Heterophasenkatalyt
zu wirken (d. h. es wirkt mindestens eine primäre und eine sekundäre Phase).
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Der Heterophasenkatalysator .kann in der Form einer einzigen Einheit
verwendet werden (s. Abb. 3 bis 5 und 7) oder inForm vieler Einheiten (s. Abb. 6).
Abb. 3 veranschaulicht eine einzige Einheit in Form eines kegelförmig gewickelten
Drahtes 4 mit wachsender Steigung. Eine besondere Ausführungsform dieser dargestellten
Bauart kann z. B. eine Windung von etwa 6 mm Länge mit einem Windungsdurchmesser
von etwa 3 mm am einen Ende und sich verkleinernd bis zu einem Wicklungsdurchmesser
von etwa 1,5 mm am anderen Ende besitzen. Die Reaktion beginnt in der primären Phase,
welche die ersten paar eng gewundenen Windungen umfaßt, d. h. die ersten fünf Windungen
in Abb. 3, und schreitet fort zu der zweiten Phase, welche die übrigen Windungen
umfaßt, die weniger eng gewickelt sind. Bei dieser Katalysatorform kann der Abstand
der Windungen und die Steigung derselben von der primären Phase mit einem Windungsabstand
und
kleiner Steigung bis zu der sekundären Phase mit größerem Windungsabstand und wachsender
Steigung sich verändern, wie dargestellt, oder Wendelabstand und Steigung können
gleichmäßig sein. Abb. 4 veranschaulicht eine Abänderung der verjüngten Form gemäß
Abb. 3, bei welcher die primäre Phase die ersten fünf oder sechs eng gewickelten
Windungen und die sekundäre Phase die Windungen von größerem Abstand und größerer
Steigung umfaßt, mit anschließenden wenigen Windungen, die wieder eng gewickelt
sein können. Abb.5 veranschaulicht eine Wendel von gerader Form, ohne Verjüngung,
mit der primären Phase eng gewickelter Windungen und der sekundären Phasen weit
gewickelter Windungen und größerer Steigung, wiederum gefolgt von wenigen eng gewickelten
Windungen. Abb. 7 zeigt eine andere Form des Heterophasenkatalysators mit einer
gebogenen Wendel, bei welcher jeder Arm eng gewickelter Windungen oder mindestens
einer dieser Arme als primäre Phase und der gebogene Teil, in welchem die Windungen
breiten Abstand haben, als sekundäre Phase dient, oder es kann entsprechend Abb.
6 der Heterophasenkatalysator in Form getrennter Wendel ausgeführt werden, wie beschrieben
und dargestellt. Die Windung kann aus einem geraden Draht hergestellt werden oder
aus einem Draht, der schraubenförmig entweder selbsttragend oder auf einen geraden
Trägerkörper gewickelt ist, eine sog. Doppelwendel, in welchem Falle die kleinen
Schraubenwindungen die primäre Phase und die größere Windung des kleinen schraubenförmig
gewundenen Drahtes die sekundäre Phase darstellt. Die Wendel kann z. B. aus einem
Draht mit einem Durchmesser von etwa 0,o25 mm bestehen mit einem Windungsdurchmesser
von etwa 0,125 mm und einem Abstand von 300 Windungen auf etwa 25
mm und .kann in dieser Form verwendet werden oder zur Bildung einer größeren Mehrphasenspule
dienen.
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Bei den dargestellten Ausführungsformen ist der Windungsabstand in
der primären Phase oder Zone enger oder die Windungen haben einen größeren Durchmesser
als in der sekundären Phase oder Zone oder beides, kurz, der Katalysator in der
primären Phase hat eine größere Wärmekapazität auf einem bestimmten Raum als in
der sekundären Zone. Die Reaktion beginnt natürlich in der primären Phase, und die
Windungen in der primären Phase werden schnell heiß oder glühend, wenn sie mit Methanluft
oder einer anderen Brennstoff-Luft-Mischung in Verbindung gebracht werden, aber
im Falle von Methan o. dgl. ohne Zündung. Die in der primären Phase erzeugte Reaktionswärme
erwärmt die sekundäre Phase, d. h. den Teil der Wendel, der weniger eng gewickelt
ist oder kleineren Durchmesser besitzt oder beides und der noch nicht nennenswert
an der Reaktion teilgenommen hat und daher nicht durch nicht entflammbare Verbrennungsprodukte
abgedeckt ist. Die Zündung tritt dann in der sekundären Phase ein. Auf diese Weise
erfolgt in Abb. 3 die Zündung längs der weniger eng gewickelten Zone der Wendel;
in den Abb. 4 und 5 erfolgt die Zündung ebenfalls längs der weniger eng gewickelten
Zone oder kann, besonders bei der Ausführungsform gemäß Abb.4, in die verbleibende
Zone übertragen werden, die wiederum eng gewickelt ist, aber gemäß Abb.4 einen kleineren
Wendeldurchmesser besitzt. Das gleiche gilt für Abb. 7. In Abb. 6 erfolgt die Zündung
in der sekundären Zone oder Phase, welche die Spule 4' umfaßt. .
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Bei Berührung des Gases oder eines sonstigen fein verteilten Brennstoffes,
wie Methan, mit der Zündvorrichtung wird die Reaktion durch die primäre Phase des
Katalysators in Gang gesetzt. Die Reaktionswärme dieses Primärphasenkatalysators
wird durch Leitung auf den Sekundärphasenkatalysator übertragen, der so und bei
Berührung mit dem Brennstoff hoch aktiv wird und die katalytische Reaktion schnell
zu Ende führt. Kurz, die flammenlose Verbrennung am Primärphasenkatalysator wird
unter beschleunigender Wirkung des aktivierten Sekundärphasenkatalysators in eine
flammende Verbrennung verwandelt.
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Das vorstehend beschriebene Heterophasenprinzip ist in Abb. 8 beispielsweise
veranschaulicht. Die primäre Phase ist innerhalb des gedachten Raumes 7 vorgesehen.
Diese Phase besteht aus einem Element mit großer Oberfläche und geringem Abstand.
Die erzeugte Wärme wird daher wirksam dazu verwendet, um sowohl die Reaktionsgeschwindigkeit
zu erhöhen als auch gleichzeitig die anschließende Sekundärphase zu erwärmen. Die
Sekundärphase ist innerhalb des gedachten Raumes 8 vorgesehen. Sie besteht aus einem
Katalysator, der eine kleinere Oberfläche und kleinere Wärmekapazität besitzt als
die primäre Phase. Die sekundäre Phase wird auf diese Weise auf einen Punkt erhitzt,
bei dem sie die katalytische Funktion übernimmt. Während die primäre Phase schließlich
durch' eine dieselbe inaktiv machende Hülle abgedeckt wird, wird die sekundäre Phase
so schnell erhitzt, daß sie die Zündung des Brennstoffes verursacht, ehe irgendeine
nachteilige Abdeckung sich entwickelt hat. Es sei auch bemerkt, daß während der
Wartezeit, d. h. während die Zündvorrichtung elektrisch angeschlossen ist, aber
nicht als Zünder wirkt, die primäre Phase des Katalysators auf einer etwas höheren
Temperatur liegt als die sekundäre Phase infolge der größeren Wärmeabgabe der letzteren.
Diese Temperaturdifferenz trägt dazu bei, die gewünschte Differenzierung in der
Aktivität der beiden Phasen herzustellen.
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Es ist verständlich, daß der Primärphasen- und der Sekundärphasenkatalysator
irgendeine andere geeignete Form entsprechend der Beschreibung des Grundprinzips
der Erfindung haben .können.
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Der Zünder ist ebenfalls für die Zündung von Methan sowie andere Kohlenwasserstoffgase
verwendbar, z. B. Propan und Butan und sonstige Brennstoffe in fein verteiltem Zustand,
z. B. zerstäubtes Petroleum und brennbare Öle, sofern der betreffende organische
Brennstoff sich dazu eignet, durch katalytische Mittel oxydiert zu werden. Der Zünder
kann natürlich ebenfalls bei der Zündung
anderer l'rennstoffe, wie
Leuchtgas oder Stadtgas, verwendet werden.
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Das katalytische Metall, aus welchem der Draht hergestellt ist, besteht
mindestens an seiner Oberfläche normalerweise aus Platin oder aus einer Legierung
desselben mit irgendeinem anderen Metall oder Metallen der Platingruppe, z. B. Rhodium
oder Iridium oder anderen Edelmetallen oder geeigneten Grundmetallen, z. B. Nickel.
Das katalytische Material kann aus anderen Metallen der Platingruppe oder Legierungen
derselben bestehen. Gewünschtenfalls können solche katalytische Stoffe auch durch
pulvermetallurgische Verfahren hergestellt werden und können in dieser Form feuerfeste
Oxyde wie Thoriumoxyd, Berylliumoxyd usw. -. in fein verteiltem Zustande enthalten.
Soweit es sich um Platinlegierungen handelt, enthalten diese normalerweise eine
größere Menge Platin und eine kleinere Menge eines Legierungsmetalls, z. B. in Form
von Legierungen von 9o % Platin mit io % Iridium usw. Das katalytische
Material kann auch in Form eines Mantels oder eines sonstigen Oberflächenelementes
angewendet werden mit einem Kern aus anderem Material, z. 13. Wolfram, Molybdän
usw.
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Die Zündwendel 4 ist, ebenso wie die Wendeln 4' und 4", mit mehreren
Windungen einer gewünschten Zähl versehen. Die Windungszahl hängt etwas ab von dem
zu zündenden Brennstoff, wobei die Zahl mit der Schwierigkeit der Zündung des in
Frage kommenden Brennstoffs steigt. Was die Heterophasenkatalysatorwendel anbelangt,
sollen Wendeldurchmesser und Windungsabstand so bemessen sein, daß die primäre Phase
oder Zone eine kompakte Einheit mit großer Katalysatoroberfläche auf verhältnismäßig
kleinem Raum enthält; der Windungsdurchmesser kann verschieden sein, aber er soll
vorzugsweise am Anfang der primären Phase 3 bis 5 mm betragen, wobei der bevorzugte
Durchmesser etwa i mm beträgt, während in der sekundären Phase oder Zone der Windungsabstand
natürlich weiter ist, aber immer noch genügend eng, um Wärmeverluste zu vermeiden,
welche die Zündung unmöglich machen würden. Mit anderen Worten: In der sekundären
Phase wird weniger Metallmasse auf gegebenem Raum vorgesehen.
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Die Zündvorrichtung kann daher in Form einer geraden Wicklung angeordnet
sein, wie in Abb. 2 dargestellt, oder in Form einer verjüngten Wicklung gemäß Abb.
3 und 4. Sie kann gleichmäßige oder veränderliche Steigung besitzen. Es kann eine
Spule vorhanden sein wie in Abb. 2 bis 5 und 7, oder es können mehrere Spulen vorhanden
sein gemäß Abb. 6.
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Die Leistungsdaten des erfindungsgemäßen Zünders sind am besten durch
die Leistung desselben bei der Zündung von Methan zu veranschaulichen. Nimmt man
z. B. einen Platindraht mit einem Durchmesser von etwa o,o5 mm in Form einer Schraubenwicklung
gemäß Abb. 2 mit sechs Windungen, Wicklungsdurchmesser 2 mm, so beträgt die Wattaufnahme
etwa 0,5 Watt für die Zündung des Propans. Der gleiche Zünder gemäß Abb.
2 hat bei Verwendung zur Zündung von Stadtgas, welches freien Wasserstoff enthält,
eine Leistungsaufnahme von etwa 0,3 Watt. Sofern es sich um die Zündung von
Methan mittels einer Heterophasenkatalysatorwindung handelt, erfordert ein Zünder
gemäß Abb. 3, bestehend aus einer Legierung von 9o °lo Platin und io % Iridium und
mit insgesamt zwölf Windungen eines Drahtes von 0,05 mm Durchinesser, nur
o,9 bis i Watt für eine zuverlässige Zündung. Vergleichsmäßig erfordert ein Zünder
mit elektrischem Widerstandsglühdraht eine Leistungsaufnahme von 30 Watt
für die Zündung von Methan.
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Soweit es sich um die Verwendung des Zünders in Vorrichtungen usw.
handelt, kann irgendein geeignetes System verwendet werden. Abb. i soll die Verwendung
der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung bei dem üblichen Rückschlagsystem zeigen.
Es können natürlich auch irgendwelche anderen geeigneten Svstetne verwendet werden.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung ist folgende:
Der Zünder wird durch die elektrische Hitze auf einer verhältnismäßig niedrigen
Temperatur gehalten, z. B. etwa 300° im Falle von Propan, Butan o. dgl. oder etwa
450° bei Methan, das schwieriger zu zünden ist als die anderen erwähnten Gase, oder
auf irgendeiner anderen Temperatur unterhalb der Rekristallisationstemperatur des
Katalysatormetalls der Wendel, und wird mit dem Gas oder den sonstigen zu zündenden
Brennstoffen in Berührung gebracht, gewöhnlich indem ein Brennstoffstrom gemischt
mit Luft den Zünder umspielt. Es entsteht eine flammenlose Verbrennung des Brennstoffes,
und die Temperatur wird in der oben beschriebenen Weise allmählich erhöht, bis die
Zündung eintritt. Der Zeitabstand zwischen der ersten Berührung des Brennstoffes
mit dem Zünder und seiner wirklichen Zündung liegt in der Größenordnung von i Sek.
oder einem Bruchbeil davon, so daß für den Beobachter eine solche Zündung spontan
und augenblicklich zu erfolgen scheint. Nach Beendigung der Zündung wird der Zünder
aus dem Brennstoff herausgezogen, oder der Brennstoff wird von dem Zünder abgezogen,
indem etwa der Zünder in ein Rückschlagsystem eingebaut wird. Die Zurückziehung
kann auch erfolgen, indem ein horizontaler Gasstrom auf den Zünder gerichtet wird,
worauf sich die Flamme des gezündeten Gases hebt und so von dem Zünder löst.
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Die elektrische Heizung des Katalysatorzünders kann entweder dauernd
erfolgen oder gegebenenfalls in Übereinstimmung mit der öffnung der Brennstoffdüse.
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Der Zünder wird elektrisch auf eine Temperatur weit unterhalb derjenigen
erhitzt, bei welcher eine induzierte Zündung normalerweise eintreten würde, und
die katalytische Reaktion steigert die Temperatur auf die Zündtemperatur. Es ist
daher bei erfindungsgemäßen Zündern nicht erforderlich, den Zünder auf die Zündtemperatur
zu erhitzen oder etwa noch höher. Die Zeit, während der der Katalyt sich auf der
Höchsttemperatur befindet, beträgt nur einen Bruchteil der Zündzeit, so daß die
Rekristallisation und Kornwachstum und Erweichung während dieser kurzen Zeiträume
praktisch vermieden werden.
Es sei auch darauf hingewiesen, daß,
wenn eine Platinwendel, wie sie bei der Verkörperung des erfindungsgemäßen Zünders
verwendet wird, durch äußere Mittel erhitzt wird statt durch elektrische Mittel,
die Zündung nicht in der im Beispielsfalle beschriebenen Weise erfolgt, daß vielmehr
eine solche Windung auf nahezu die Zündtemperatur des Brennstoffes erhitzt werden
muß, ehe die Zündung eintritt.
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Hilfsweise kann, falls die elektrische Energie zeitweilig ausfällt,
ein Hilfskatalysator in Form von Katalysatormetall wie Platin oder einem sonstigen
Metall der Platingruppe vorgesehen und auf einem Träger, wie Thoriumoxyd, Aluminiumoxyd,
Zirkoniumdioxyd usw., niedergeschlagen sein, aber derartige Katalysatoren wirken
außerordentlich langsam und sind daher für den regelmäßigen Gebrauch nicht zweckmäßig.
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Der Zünder kann in Haushalts- und industriellen Vorrichtungen, wie
Heizöfen, Industrieöfen usw., verwendet werden. Als elektrische Kraftquelle kann
das Lichtnetz dienen mit dazwischengeschaltetem Widerstand oder mit geeignetem Transformator
oder gegebenenfalls eine Batterie. Der Zünder kann auch in Instrumenten oder anderen
Vorrichtungen verwendet werden, z. B. in Zigarettenanzündern in Verbindung mit einem
vom Lichtnetz gespeisten Transformator, in welchem Falle es nicht erforderlich ist,
besondere Feuerzeugbrennstoffe zu verwenden, sondern möglich ist, jeden verfügbaren
organischen Brennstoff anzuwenden wie Benzin.