DE910949C

DE910949C - Electrically heated gas generator

Info

Publication number: DE910949C
Application number: DEW2781D
Authority: DE
Inventors: Clarence E Peck
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1940-11-27
Filing date: 1941-11-28
Publication date: 1954-05-10

Description

Elektrisch beheizter Gaserzeuger Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrisch beheizten Gaserzeuger, insbesondere zur Herstellung von Schutzgasen für Blankglühzwecke u. dgl., in welchem Gase in einem zweckmäßig von einem Mefallgehäuse gasdicht umschlossenen Behälter aus .hitzebeständigem, wärmeisolierendem Baustoff in einer Reaktionskammer aufeinander einwirken, die von verteilter katalytischer Masse erfüllt und mit Leitungen für die Zuführung .der zu behandelnden Gase sowie mit in die katalytische Masse eingebetteten elektrischen Heizelementen versehen ist, gemäß Patent 752 976. Die vorliegende Erfindung betrifft eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung eines solchen Gaserzeugers.Electrically heated gas generator The invention relates to an electrically heated gas generator, in particular for the production of protective gases for bright annealing purposes and the like, in which gases act on one another in a reaction chamber in a container made of heat-resistant, heat-insulating building material, which is expediently enclosed in a gas-tight manner by a metal case fulfilled by distributed catalytic mass and provided with lines for the supply .the gases to be treated and with electrical heating elements embedded in the catalytic mass, according to patent 752 976. The present invention relates to a particularly advantageous embodiment of such a gas generator.

Erfindungsgemäß ist die Reaktionskammer spaltförmig ausgebildet, und die elektrischen Heizkörper sind längs einer Wandfläche des Schalters angeordnet. Dadurch wird neben anderen Vorteilen der Strömungsweg des Gases durch die Reaktionskammer in einfacher Form abgegrenzt und vorgezeichnet, so daß die katalytische Masse an allen Stellen gleich stark vom Gas durchsetzt wind, und da sie außerdem wegen der geringen Entfernung von dem Heizkörper überall gleichmäßig durchwärmt ist, ergeben sich besonders günstige Schutzgaserzeugnisse. Aber auch in konstruktiver Hinsicht ergeben sich durch .die spaltförmige Gestaltung der Reaktionskammer neue Wege, und es kann insbesondere dadurch ein verhältnismäßig großer Spaltquerschnitt bei nicht allzu großer Spaltbreite erzielt werden, daß erfindungsgemäß der die elektrischen Heizkörper enthaltende Teil der Reaktionskammer als Ringspalt ausgebildet ist, welcher seinerseits durch die Innenseite des wärmeisolierenden Baustoffs des Behälters, andererseits durch die Außenseite eines im Behälter eingebauten, entsprechend der Spaltbreite einen kleineren Durchmesser besitzenden Kerns aus hitzebeständigem Baustoff abgegrenzt ist. Zur Vereinfachung des Einbaus der Heizkörper sowie beispielsweise zum Auswechseln der katalytischen Masse kann es zuweilen vorteilhaft sein, den eine Wandfläche des Spaltes bildenden Kern herausnehmbar anzuordnen. Ein solcher herausnehmbarer Kern kann dann auch eine Vereinfachung der Herstellung .des gesamten Gaserzeugers bedeuten, indem eine verwickelte Bearbeitung und Ausgestaltung des wärmeisolierenden hitzebeständigen Baustoffs des Gaserzeugers vermieden werden kann.According to the invention, the reaction chamber is designed in the shape of a gap, and the electric heating elements are arranged along a wall surface of the switch. This improves the flow path of the gas through the reaction chamber, among other advantages delimited and mapped out in a simple form, so that the catalytic mass on all places equally strongly penetrated by the gas, and because they are also because of the just a short distance from the radiator is, particularly favorable protective gas products result. But also in a more constructive way The gap-shaped design of the reaction chamber results in new aspects Paths, and it can in particular result in a relatively large gap cross-section if the gap width is not too large, the electrical Radiator-containing part of the reaction chamber is designed as an annular gap, which in turn through the inside of the heat-insulating building material of the container, on the other hand through the outside of a built in the container, according to the Gap width with a smaller diameter core made of heat-resistant building material is delimited. To simplify the installation of the radiator as well, for example To replace the catalytic mass, it can sometimes be advantageous to use the one To arrange the wall surface of the gap forming core removable. Such a removable one The core can then also be to simplify the production of the entire gas generator mean by an intricate machining and design of the heat-insulating heat-resistant building material of the gas generator can be avoided.

Der Gaserzeuger kann beispielsweise zylindrisch ausgebildet und stehend angeordnet sein; dabei münden die Leitungen für die Zuführung der zu behandelnden Gase und für die Fortleitung der erzeugten Gase zweckmäßig oben und unten in der Behältermitte, und die Umleitung der Gase zur Reaktionskammer bzw. die Rückleitung von der Reaktionskammer zum in der Behältermitte abgehenden Gasrohr erfolgt dadurch, daß erfindungsgemäß der Kern auf Klötzen ruht bzw. solche Klötze zwischen der oberen Stirnseite des Kerns und der Deckenschicht vorgesehen sind, wobei zwischen diesen Klötzen jeweils Durchtrittsgänge für das Gas belassen sind.The gas generator can, for example, be cylindrical and upright be arranged; the lines for the feed to be treated open out Gases and for the forwarding of the generated gases expediently above and below in the The middle of the container and the diversion of the gases to the reaction chamber or the return line from the reaction chamber to the gas pipe in the middle of the container that according to the invention the core rests on blocks or such blocks between the upper one End face of the core and the cover layer are provided, with between these Blocks each passage passages for the gas are left.

An Hand der in der Zeichnung dargestellten beispielsweisen Ausführungsform soll die Erfindung erläutert werden. Dort ist in Fig. i ein Längsschnitt durch die Mitte eines Gaserzeugers gemäß der Erfindung .dargestellt; Fig. 2 zeigt einen Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. i, wobei der Katalysator der Deutlichkeit halber fortgelassen ist; Fig. 3 und 4. sind Teilquerschnitte, welche nach den Linien III-III bzw. IV-IV der Fig. i geführt sind; Fig. 5 zeigt in vergrößertem Maßstab teilweise im Schnitt teilweise in Ansicht die gemeinsame Anordnung eines Heizelementes und seiner Temperaturüberwachungseinrichtung, die auf kleine Temperaturänderungen sofort anspricht.Using the exemplary embodiment shown in the drawing the invention is to be explained. There is in Fig. I a longitudinal section through the Middle of a gas generator according to the invention .darstell; Fig. 2 shows a cross section according to the line II-II of FIG. i, the catalyst being omitted for the sake of clarity is; Fig. 3 and 4. are partial cross-sections, which according to the lines III-III and IV-IV the Fig. i are performed; Fig. 5 shows on an enlarged scale partially in section partially in view of the common arrangement of a heating element and its temperature monitoring device, which responds immediately to small temperature changes.

Der Gaserzeuger besteht aus einem metallischen zylinderförmigen 2 mit gasdicht befestigtem Metalldeckel4 und Mebällboden6. In der Mitte des Deckels q. ist das Gaseinführungsro.hr 8 angeordnet, in der Mitte des Bodens das Gasaustrittsr6hr io. Die metallische Bodenplatte trägt eine Grundmauer, die aus Schichten 12 bzw. 14 von hitzebeständigem, wärmeisolierendem Baustoff besteht. Durch die Grundmauer ist das Gasaustrittsrohr hindurchgeführt. Auf der Grundmauer ruht die hohlzylindrische Seitenausmauerung, die aus den Wandschichten 16 und 26 aus hitzebeständigem, wärmeisolierendem Baustoff gebildet wird. Die Schicht 16 enthält Mauerblöcke 18, in deren Fugen die Befestigungsteile 2o und 22 für die mäanderartig ausgebildeten Heizwiderstände 24 angeordnet sind, die beispielsweise aus .einer Nickel-Chrom-Eisen-Legierung bestehen können und unmittelbar in die z. B. aus i bis 2 cm großen Stücken von aktivierter Tonerde bestehende katalytische Masse eingebettet sind. Die Wandschicht 26,, die sich zwischen den Blöcken 18 und der metallischen Gehäusewand 2 befindet, kann beispielsweise aus einem hitzebeständigen, wärmeisolierenden Pulver bestehen. Innerhalb des von der Wandschicht 16 umgrenzten Raumes befindet sich ein Kern 28, der aus aufeinanderliegenden hitzebeständigen Teilen besteht, die an ihren Scheibenflächen (Stirnseiten) durch vorspringende bzw. einspringende Auflagestellen miteinander verspundet und dadurch gegen seitliches Verschieben gesichert sind. Aus demselben Grund ragt in den untersten Block das obere Ende des Gasauslaßrohres io. Der Kern 28 ruht auf Klötzen 3o aus hitzebeständigem Material, welche, wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, so angeordnet und ausgebildet sind, daß zwischen ihnen Zwischenräume 36 für den Durchtritt des Gases belassen sind. Der Außendurchmesser der Scheiben des Kerns 28 ist kleiner als der Innendurchmesser der hohlzylindrischen Seitenwand 16, wodurch ein Ringspalt entsteht. Dieser Ringspalt bildet die Reaktionskammer 32. Auf dem Kern 28 .sind Klötze 344 aus hitzebeständigem Material angeordnet, auf denen die Schichten 35 des darüberliegenden Deckenmauerwerks ruhen, welches von dem Gaseintrittsrohr 8 durchragt wird. Die Klötze 34 sind, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, so ausgebildet und angeordnet, daß zwischen ihnen Durchtrittsgänge 38 für das zwischen den Stirnseiten des Kerns und dem oberen Behältermauerwerk strömende Gas belassen sind.The gas generator consists of a metallic cylindrical 2 with gas-tight fastened metal lid4 and meball base6. In the middle of the lid q. the gas inlet tube 8 is arranged, the gas outlet tube in the middle of the bottom ok The metallic base plate carries a foundation wall, which consists of layers 12 resp. 14 consists of heat-resistant, heat-insulating building material. Through the foundation wall the gas outlet pipe is passed through. The hollow cylindrical one rests on the foundation wall Side lining, which consists of the wall layers 16 and 26 of heat-resistant, heat-insulating Building material is formed. The layer 16 contains wall blocks 18, in the joints Fastening parts 2o and 22 for the meandering heating resistors 24 are arranged, which for example consist of .einer nickel-chromium-iron alloy can and directly into the z. B. from 1 to 2 cm pieces of activated Alumina existing catalytic mass are embedded. The wall layer 26 ,, the is located between the blocks 18 and the metallic housing wall 2, for example consist of a heat-resistant, heat-insulating powder. Within the from the wall layer 16 delimited space is a core 28, which is made of superimposed There are heat-resistant parts that pass through on their disk surfaces (end faces) protruding or re-entrant support points are pegged together and thereby are secured against lateral displacement. For the same reason protrudes into the lowest Block the top of the gas outlet pipe io. The core 28 rests on blocks 3o heat-resistant material, which, as can be seen from Fig. 4, so arranged and are designed that between them spaces 36 for the passage of the Gas are left. The outer diameter of the disks of the core 28 is smaller than the inner diameter of the hollow cylindrical side wall 16, creating an annular gap arises. This annular gap forms the reaction chamber 32. Are on the core 28 Blocks 344 made of heat-resistant material are arranged on which the layers 35 of the overlying ceiling masonry rest, which from the gas inlet pipe 8 is penetrated. As can be seen from FIG. 3, the blocks 34 are designed in this way and arranged that between them passages 38 for the between the end faces the core and the upper container masonry are left flowing gas.

Der Gasverlauf in dem in Fig. i dargestellten Gaserzeuger ist folgender: Durch das Zuführungsrohr 8 strömt das Gas, beispielsweise Kohlenwasserstoff und Luft, in den von den Klötzen 34 umgrenzten :Mittelraum 39, wo es, wie durch Pfeile eingezeichnet, umgelenkt wird und die Durchtrittsgänge 38 zwischen den Klötzen 34 durchströmt, um am Ende dieser Gänge im Sinne der eingezeichneten Pfeile nach unten zu umgelenkt zu werden. Das Gas durchströmt nunmehr die Reaktionskammer 32. Am Boden der Kammer wird es wiederum im Sinne der eingezeichneten Pfeile umgelenkt, strömt .durch die Durchtrittsgänge 36 zwischen den Blöcken 30 im Raum zwischen der unteren Stirnseite des Kerns 28 und dem Grundmauerwerk 12, 14 und gelangt in den Sammelraum 40, der von. den Blöcken 30 umgrenzt ist, und strömt von hier aus durch in der Zeichnung angedeutete öffnungen im Gasableitungsrohr durch dieses nach unten. Wie in der Zeichnung angedeutet, sind nicht nur die beheizten Stellen in der Reaktionskammer mit Katalysatormasse angefüllt, sondern auch die Räume 36, 38, 39. 4o. Dadurch strömt das Gas innerhalb des Gaserzeugers fast ausschließlich durch Katalysatormasse, was für manche Gase von besonderem Vorteil ist, insbesondere kühlt sich das Gas in den unteren Durchtrittsgängen vor seinem Eintritt in das Gasableitungsrohr noch etwas ab und reagiert dabei noch stellenweise mit dem Katalysator, der allenfalls in den oberen Durchtrittsgängen unbeschadet in Wegfall kommen kann.The gas flow in the gas generator shown in Fig. I is as follows: The gas, for example hydrocarbon and air, flows through the supply pipe 8 in the central space 39, where it is deflected, as shown by arrows, and the passageways 38 flows through between the blocks 34 in order to be deflected downwards at the end of these aisles in the sense of the arrows shown. The gas now flows through the reaction chamber 32. At the bottom of the chamber it is again deflected in the direction of the arrows drawn, flows through the passages 36 between the blocks 30 in the space between the lower end face of the core 28 and the foundation masonry 12, 14 and enters the collecting space 40, which is of. the blocks 30 , and flows from here through openings indicated in the drawing in the gas discharge pipe through this downwards. As indicated in the drawing, not only are the heated points in the reaction chamber filled with catalyst compound, but also the spaces 36, 38, 39, 40. As a result, the gas flows almost exclusively through the catalyst mass within the gas generator, which is of particular advantage for some gases; in the upper passageways can be omitted without prejudice.

Das den Erzeuger verlassende Gas ist ein Gemisch, das hauptsächlich aus Stickstoff, Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxyd und allenfalls sehr geringen Mengen von Kohlendioxyd, Wasserdampf und Methan besteht. Die Herstellung dieses Gasgemischs und seine vollständige Reaktion wird dadurch besonders begünstigt, daß die Heizkörper in der Reaktionskammer in die katalvtische Masse gut eingebettet sind und dort die Masse gleichmäßig erhitzen, beispielsweise ungefähr auf Temperaturen um 100o° C (i8oo bis igoo° F). Um dem Umstand Rechnung zu tragen, daß außen am Gaserzeuger Verlustwärme abstrahlt und außerdem die Heizfläche in der Reaktionskammer nach außen hin zunimmt, sind die Heizkörper 24 näher an der Innenfläche der Außenwandung 18. 26 angeordnet als am Kern 28.The gas leaving the generator is a mixture that is mainly from nitrogen, hydrogen, carbon monoxide and possibly very small amounts consists of carbon dioxide, water vapor and methane. The production of this gas mixture and its complete reaction is particularly favored by the fact that the radiators are well embedded in the katalvtische mass in the reaction chamber and there the Heat the mass evenly, for example to temperatures around 100o ° C (i8oo to igoo ° F). To take account of the fact that the gas generator outside Loss heat radiates and also the heating surface in the reaction chamber to the outside increases, the radiators 24 are closer to the inner surface of the outer wall 18. 26 arranged than on the core 28.

Der elektrische Strom wird über Leitungen 4i vom Netz 42 aus zugeführt, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Regeleinrichtung 44, welche in Abhängigkeit von der Temperatur im Gaserzeuger über ein oder mehrere Wärmemesser gesteuert wird. Die Einführung der Leitungen 41 in das Metallgehäuse erfolgt mittels gasdichter und entsprechend isolierter Durchführungsklemmen 47. Der als Thermoelement ausgebildete Wärmemesser ist beispielsweise durch die Grundplatte gasdicht hindurchgeführt. Es besteht, wie aus Fig.5 zu erkennen ist, aus einer Röhre 5o, die an ihrerri oberen Ende verschlossen ist und den wärmeempfindlichen Draht 46 umgibt. Die Röhre 5o ist von einem dünnen Porzellanrohr 52 eng umschlossen, auf dem der Heizkörper dicht aufgewickelt ist, so daß zwischen Heizkörper und Porzellan ein guter Wärmeübergang vorhanden ist, wie auch andererseits zwischen der Röhre 5o und dem sie umschließenden Porzellanrohr 52 eine gute Wärmeübertragung stattfindet. Dadurch spricht der Wärmemesser auf Temperaturschwankungen mit denkbar geringer Zeitverzögerung an. Die Enden des auf dem Porzellanrohr 52 aufgewickelten Heizkörpers sind mit .den daran anschließenden Heizkörpern zusammengeschweißt. Die gleiche Anordnung eines Thermoelementes 'kann nicht nur zur Regelung, sondern auch zum Schutz gegen Überhitzungen und ähnliche Betriebsabweichungen im Gaserzeuger Anwendung finden, wobei an Stelle des Thermoelementes unter Umständen auch eine Schmelzsicherung treten kann.The electrical current is supplied from the network 42 via lines 4i, possibly with the interposition of a control device 44, which as a function of is controlled by the temperature in the gas generator via one or more heat meters. The lines 41 are introduced into the metal housing by means of a gas-tight and correspondingly insulated feed-through terminals 47. The one designed as a thermocouple The heat meter is passed through the base plate in a gas-tight manner, for example. It consists, as can be seen from Fig.5, from a tube 5o, which at their upper End is closed and the thermosensitive wire 46 surrounds. The tube is 5o tightly enclosed by a thin porcelain tube 52 on which the radiator is tight is wound up, so that there is good heat transfer between the radiator and the porcelain is present, as well as on the other hand between the tube 5o and the one surrounding it Porcelain tube 52 good heat transfer takes place. This is how the heat meter speaks to temperature fluctuations with a very short time delay. The ends of the on the porcelain tube 52 wound radiators are with .den adjoining it Radiators welded together. The same arrangement of a thermocouple 'can not only for regulation, but also for protection against overheating and the like Operating deviations in the gas generator are used, whereby instead of the thermocouple under certain circumstances a fuse can also occur.

Wie aus der Zeichnung ohne weiteres ersichtlich, ist der Aufbau des Gaserzeugers gemäß der Erfindung besonders einfach und übersichtlich, und es können durch Veränderung der Kerngröße und der Reaktionskammer Gaserzeuger mit verschiedenem Fassungsvermögen hergestellt werden. Zweckmäßig wird jedoch die Spaltbreite der Reaktionskammer für verschiedene Erzeugertypen gleichbleibend (ungefähr 5 cm) gewählt und das Fassungsvermögen lediglich durch Verlängerung oder Verkürzung der Reaktionskammer verändert, so daß auch der Kerndurchmesser für Erzeuger verschiedenen Fassungsvermögens derselbe bleibt. Für die Behandlung einer Gasmenge von etwa 28 cbm in der Stunde ergibt sich eine Höhe der Reaktionskammer von ungefähr 76 cm bei einem mittleren Durchmesser von etwa 56 cm; man erhält also durchschnittlich einen Wert von 2 bis 3 cdm Reaktionskammerraum für den Kubikmeter Gas in der Stunde. Als Gas sei noch besonders eine Mischung von Leuchtgas und Luft hervorgehoben.As can be seen from the drawing, the structure of the Gas generator according to the invention particularly simple and clear, and it can by changing the core size and the reaction chamber gas generators with different Capacity can be produced. However, the gap width is expedient Reaction chamber chosen to be the same for different types of generator (approx. 5 cm) and the capacity simply by lengthening or shortening the reaction chamber changed so that also the core diameter for producers of different capacities remains the same. For treating a gas volume of around 28 cbm per hour results in a height of the reaction chamber of approximately 76 cm with a medium one Diameter of about 56 cm; so you get an average of 2 to 3 cdm of reaction chamber space for one cubic meter of gas per hour. As gas is still especially a mixture of luminous gas and air was highlighted.

Der Zusammenbau des dargestellten Gaserzeugers ist besonders einfach und erfolgt in der Weise, daß nach dem Einbau der Bodenklötze 3o die Bodenfläche mit katalytischem Material bedeckt wird und daraufhin die Kernscheiben in den die bereits montierten Heizkörper enthaltenden Innenraum eingebaut werden. Im Anschluß daran wird der Katalysator in die Reaktionskammer eingefüllt und evtl. auch in die Zwischengänge zwischen den oben auf den Kern aufgesetzten Klötzen 34, woraufhin der Deckel des Gaserzeugers aufgesetzt und gasdicht, beispielsweise unter Zwischenschaltung eines Dichtungsringes, verschraubt wird. Es sei noch erwähnt, daß als wärmeisolierender, feuerfester Baustoff im Behälterinnern besonders gasdichtes Material verwendet werden kann. Da der Widerstand durch die aus kleinen Stücken bestehende Katalysatormasse jedoch meist gering ist, können auch nicht so sehr dichte feuerfeste Bausteine handelsüblicher Ausführung verwendet werden.The assembly of the gas generator shown is particularly simple and takes place in such a way that after the installation of the floor blocks 3o the floor area is covered with catalytic material and then the core disks into the already assembled radiator containing interior can be installed. In connection then the catalyst is poured into the reaction chamber and possibly also into the Intermediate courses between the blocks 34 placed on top of the core, whereupon the cover of the gas generator is in place and gas-tight, for example with the interposition a sealing ring, is screwed. It should also be mentioned that as a heat insulating, Fireproof building material especially gas-tight material can be used inside the container can. Because the resistance comes from the catalyst mass, which consists of small pieces however, it is usually low, refractory bricks that are not so very dense can also be commercially available Execution are used.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Electrically heated gas generator, in particular for the production of protective gases for bright annealing purposes and the like, in which gases in a container made of heat-resistant, heat-insulating building material enclosed by a metal housing interact in a reaction chamber, which is filled with distributed catalytic mass and with lines for the supply of the gases to be treated and is provided with electrical heating elements embedded in the catalytic mass, according to patent 752 976, characterized in that the reaction carcasses (32) are gap-shaped and the electrical heating elements (24) are arranged along a wall surface of the gap.

2. Gas generator according to claim i, characterized in that that the part of the reaction chamber containing the electrical heating element is preferred hollow cylindrical annular gap is formed, the one hand through the inside the heat-insulating material of the container, on the other hand through the outside of a built-in in the container, according to the gap width one having a smaller diameter, preferably cylindrical core (28) made of heat-resistant building material. Is delimited.

3. Gas generator according to claim i or 2, characterized in that the core forming a wall surface of the gap (28) is removably arranged.

4. Gas generator according to claims 2 and 3 with a container having an axis extending in the vertical direction, thereby characterized in that the gas inlet pipe (8) at the top or the gas outlet pipe (io) opens down in the middle of the container and that between the one provided in the container Core and the layer of heat-insulating material that forms the container top or the container bottom Building material fastening blocks (30, 34) are arranged, between which passages for the gas flowing to or from the reaction chamber are left.

5. Gas generator according to claims .2 to 4, characterized in that the core (28) consists of individually removable, mutually bunged disks and the lowest core disk through the gas discharge pipe that protrudes far into the container and penetrates it (io) is secured against lateral displacement in its position in the container.

6. Gas generator according to one of claims 2 to 5, characterized in that the in the reaction chamber (32) held by supports (2o, 22) fastened to the inner wall of the container (z4) are arranged so that the radiators are closer to the inner wall surface of the container than on the core surface.

7. Gas generator according to one of the preceding Claims 2 to 6, characterized in that for monitoring the temperature in the heating element (24) containing thermocouples or similar thermometers made of ceramic material are interposed. B.

Gas generator according to claim: 2 or one of the following claims 3 to 7, characterized in that the reaction space (32) and the spaces between the end faces of the core and the heat insulating Masonry of the container (36, 38, 39, 40) are filled with catalytic mass.

9. Gas generator according to one of the preceding claims 2 to 8, characterized in that that the Innalt of the reaction chamber (32) is chosen so large that one cubic meter The gas flowing through corresponds to about 2 to 3 cdm of reaction chamber content per hour.