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Zündvorrichtung für strömende Brennstoff-Luft-Gemische Die Erfindung
bezieht sich auf die selbsttätige Zündung von strömenden Brennstoff-Luft-Gemischen
durch gemeinsame Wirkung von elektrisch und katalytisch erzeugter Wärme. Die hierfür
verwendeten Vorrichtungen werden elektrisch vorerhitzt und zünden das Brennstoff-Luft-Gemisch
durch zusätzliche, katalytisch erzeugte Wärme. Sie bestehen aus Drahtkörpern, die
auf einem Träger angeordnet sind und Anschlüsse für die Stromzuführung besitzen.
Die bekannten Zündvorrichtungen dieser Art bestehen aus gewendeltxm Katalysatordraht,
dessen Windungen so eng aneinanderliegen, daß ein Kontakt zwischen den einzelnen
Windungen gerade noch vermieden wird. Der Katalysatordraht hat einen Durchmesser
von etwa o,oa bis o,oß mm. Die Wendeln brauchen nicht gleichmäßig gestaltet zu sein,
sondern die Drahtwindungen haben zweckmäßig in dem einen Teil der Wendel einen geringeren,
in einem anderen Teil einen größeren
Abstand voneinander, damit
sich der eine Teil der Wendel, eine flammenlose Verbrennung des Brennstoffes bewirkend,
schnell aufheizt und im Bereich des anderen Teiles die Zündung erfolgt.
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Es ist ferner bekannt, dem Zünddraht die Form einer Doppelwendel zu
geben.
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Diese bekannten Zündvorrichtungen haben jedoch Nachteile. Die Drahtwendel
ist nämlich selbst bei nur geringer elektrischer Aufheizung kurzzeitig einem erheblichen
Wärmestoß ausgesetzt, und zwar können die Gipfelwerte der Temperatur, z. B. bei
der Zündung von Methan, 160o bis 170o° betragen. Bei derartig hohen Temperaturen
tritt naturgemäß ein schneller Verschleiß der Katalysatordrähte ein.
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Der naheliegendste Ausweg wäre es, stärkere Drähte zu verwenden, weil
diese gegen hohe Temperaturen widerstandsfähiger sind. Dieser Ausweg ließ sich aber
bisher nicht beschreiten, weil stärkere Drähte größere Wärmeverluste durch Wärmeleitung
zur Folge haben und die Wirksamkeit der Zündvorrichtung infolgedessen merklich verringern.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun, die Verwendung von erheblich stärkeren
Katalysatordrähten als bisher unter Aufrechterhaltung der gleichen Zündwirksamkeit
und mechanischen Festigkeit zu ermöglichen. Das gilt sowohl für die Verwendung von
Einzel- als auch von gedrilltem Draht als Zünddraht.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einer
Zündvorrichtung für strömende Brennstoff-Luft-Gemische, die aus einem mit Zuführungsdrähten
für elektrischen Strom versehenen Katalysatordraht,welcher zu einer Wendel geformt
ist und einen Durchmesser von etwa 0,o8 bis ö,15 mm aufweist, der Innendurchmesser
der Wendel etwa'o,2 bis 0,4 mm und ihre Windungszahl je Zentimeter der Wendelachse
etwa 4 bis 1 t. beträgt. Nach einer weiteren Austildung der Erfindung ist der Zünddraht
aus gedrillten Einzeldrähten gefertigt, wobei die Summe der Querschnitte sämtlicher
Einzeldrähte gleich dem Querschnitt eines einzelnen Drahtes von einem Durchmesser
von etwa 0,o8 bis o,15 mm ist. In weiterer Ausbildung der Erfindung ist die Wendel
(primäre Wendel) obendrein zu einer Wendel (sekundäre Wende)) geformt, wobei die
sekundäre Wendel einen Innendurchmesser von etwa 1,o2 bis 2,54 mm und eine Windungszahl
j e Zentimeter der Sekundärwendelachse von etwa 3 bis 7 aufweist.
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Diese Zahlenwerte überraschen und zeigen ein ganz anderes Bild, als
es der Fachmann erwarten mußte. Eine schnelle Zündung erfordert nämlich im Prinzip
die Konzentrierung einer großen Hitze auf einen kleinen Raum. Da stärkere Drähte
einen größeren Wärmeverlust zur Folge haben, hätte man erwarten müssen., daß bei
Verwendung von stärkerem Draht der Innendurchmesser der Wendel und der Windungsabstand
so gehalten werden müssen, daß die Windungen so nahe wie möglich aneinanderkommen,
um mindestens auf diese Weise die Wärme stärker zu konzentrieren. Im Gegensatz hierzu
zeigte sich jedoch, daß gerade durch eine Vergrößerung des Windungsabstandes die
Zündwirksamkeit erheb-lieh größer wird.
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Um zu den vorstehend ausgeführten Zahlenwerten zu gelangen, war es
erforderlich, die folgenden Bedingungen, welche Einfluß auf die Zündgeschwindigkeit
haben können, zu berücksichtigen: Die Drahtstärke, der Innendurchmesser derWendel,
der Abstand der Windungen dieser Wendel, und, wenn diese (primäre) Wendel noch zu
einer (sekundären) Wendel geformt ist, der Innendurchmesser der sekundären Wendel
und der. Abstand der Windungen auf dieser sekundären Wendel. Um den Einfluß dieser
Bedingungen auf die Zündgeschwindigkeit exakt zu ermitteln, war es ferner erforderlich,
umfangreiche Versuche durchzuführen. Um eine sichere Vergleichsmöglichkeit zu haben,
wurden alle Versuche mit der gleichen Zündvorrichtung durchgeführt. Die Zündzeit
-hierunter wird der Zeitabschnitt verstanden, der mit dem Öffnen des Gasventils
beginnt und sich über die Zündung des Brennstoff-Luft-Gemisches auf dem Katalysator
und das Zurückschlagen der Zündflamme durch den Zündkanal bis zur Zündung des Hauptbrenners
erstreckt - wurde gleichmäßig für alle Versuche durch Erschwerung der Bedingungen
verlängert, damit die Unterschiede der verschiedenen Versuchsreihen deutlicher erkennbar
sind.
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Es ergab sich, daß diejenigen Zündvorrichtungen am besten geeignet
sind, welche bei gegebener Zündzeit die niedrigsten Zündtemperaturen -hierunter
wird der reziproke Wert der Zündzeit in Sekunden, die aus praktischen Gründen mit
1o multipliziert wird, verstanden - erforderlich machen.
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Weiter wurden umfangreiche Versuche durchgeführt, in denen als Zündkörper
Wendeln erprobt wurden, die aus verschiedenen Drahtstärken, aus einfachem oder verdrilltem
Draht, bestanden und die mit verschiedenem Wendeldurchmesser und verschiedenem Windungsabstand
ausgestattet waren. Ferner wurden Doppelwendeln untersucht, die aus den verschiedenen
Primärwendeln geformt waren; es wurden Doppelwendeln mit verschiedenem Durchmesser
und mit verschiedenem Windungsabstand untersucht, wobei die Kombination der verschiedenen
genannten Einzelmerkmale in Primär-und Doppelwendel variiert, und in jedem Fall
der Einfluß der Veränderung-auf die Zündgeschwindigkeit erforscht wurde.
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Die gemäß der Erfindung hergestellten Zündvorrichtungen zünden auch
schwer entzündbare Brennstoff-Luft-Gemische schnell und sicher, wenn diese auf Temperaturen
unterhalb des Zündpunktes und unterhalb der Rekristallisationstemperatur des Katalysatormaterials
erhitzt werden. Wenn die Wendeln ständig elektrisch vorgeheizt werden, wie es praktisch
üblich ist, befinden sie sich stets in schwacher Rotglut. Ein starker Draht hat
natürlich außer seiner erhöhten. Widerstandsfähigkeit gegenüber der thermischen
Gipfelbelastung im Augenblick der Zündung noch weitere Vorteile; die
Anordnung
ist mechanisch fester und kann auch die gelegentlichen Temperaturerhöhungen besser
aushalten, die von Schwankungen des elektrischen S tromes herrühren. ' Als Katalysatormaterial
für die erfindungsgemäße Zündvorrichtung sind Metalle der Platingruppe, insbesondere
Platin selbst oder seine Legierungen, z. B. mit Iridium oder Rhodium, vorgesehen.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung dargestellt, und
zwar zeigt Fig. i die schematische Darstellung einer gebräuchlichen selbsttätigen
Zündanlage im ganzen, Fig. 2 die schematische Darstellung der eigentlichen Zündvorrichtung
mit einerDoppelwendel und Fig. 3 einige Windungen einer Doppelwendel. Gemäß Fig.
i ist der Brenner i außer mit den Austrittsöffnungen für das Gas in seinem oberen
Teil mit einer Zündöffnung 2 versehen, welche dem Zündkanal 3 gegenüber liegt. Der
letztgenannte führt in das Gehäuse q.. Dieses enthält die Zündvorrichtung 5, welche
über die Stromzuführungen 6 und 6' von der Stromquelle 7 gespeist wird.
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In Fig. 2 ist die Zündvorrichtung selbst, getrennt von der übrigen
Anlage, dargestellt. Die Doppelwendel 5 wird von den Stromzuführungen 6 und 6' gehaltert,
die ihrerseits auf dem Stecker 8 angeordnet sind, der mit den Kontakten g und g'
ausgestattet ist.
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In Fig. 3 sind der räumliche Aufbau und die Abmessungen einer aus
einer primären Wendel gebildeten Doppelwendel veranschaulicht. Die schematische
Darstellung zeigt den Durchmesser der primären Wendel bei io, den Abstand zwischen
den einzelnen Windungen der Doppelwendel bei i i, und den Durchmesser der Doppelwendel
bei 12.