DK165069B - Plade med en celledelt udstraalingsflade til en straalebraender - Google Patents

Description

i

DK 165069B

Den foreliggende opfindelse angår en plade til en strålebrænder fremstillet af et keramisk materiale og forsynet med regelmæssigt dannede gennemstrømningshuller for en blanding af et oxideringsmiddel og et brændstof, hvori de nævnte gennem-5 strømningshuller for blandingen af oxideringsmiddel og brændstof er arrangeret i en fuldstændig homogen konfiguration i parallelle indbyrdes forskudte rækker, idet afstanden mellem to nabohuller altid er den samme, således at der på pladens forbrændingsflade dannes et system af regelmæssige eller regu- 10 lære sekskantede celler, ligesom biceller i en bikube, hvor hver celle har et midterhul og seks huller langs periferien, idet positionen af hvert periferihul er geometrisk bestemt ud fra midterhullet af radius-vektorer.

15 I almindelighed har plader til strålebrændere flere rakker af huller, som går tværs gennem pladerne og tjener til at kanalisere blandingen af brændstof og oxideringsmiddel fra bagsiden af pladen til udstrålingsfladen. For at forøge den effekt, der udstråles fra pladen, er det kendt i forsiden af pladen at 20 udforme hulrum eller celler, som omfatter flere huller. Et hul eller et hulrum, som er skåret af, før det udmunder i pladens forside, fordeler flammen, som dannes, således at den opvarmer de omgivende overflader af hulrummet eller cellen.

25 Sådanne indretninger kendes blandt andet fra belgisk patentskrift nr. 710.536, som viser en lidt uregelmæssig hulplacering, og fra fransk patentskrift nr. 1.570.721, som viser en regelmæssig placering.

30 i de plader, som kendes fra ovennævnte skrifter, bliver der, mellem de dannede celler, efterladt et vist antal huller, som ikke medvirker til forøgelsen af den effekt, der udstråles fra pladen.

35 Det er formålet med opfindelsen at afhjælpe de førnævnte ulemper og forbedre de kendte konstruktioner med en plade til en strålebrænder af den i indledningen nævnte art, således at alle de eksisterende huller i pladen medvirker.

DK 165069 B

2

Nan opnår således en maksimal overførsel af varme mellem flammerne og pladen ved at forøge kontaktoverfladen med pladens materiale, idet alle forbrændingsprodukterne fejer hen over cellernes vægge.

5

Der fremkommer derved en forøgelse af temperaturen af væggene, og følgelig ved samme effektforbrug en mærkbar forøgelse af den udstrålede effekt og dermed af strålingsudbyttet eller vi rkningsgraden.

10

Endvidere opnår man en nedsættelse af tabene ved afledning til pladens bagside, idet materialemængden mellem to tilstødende celler reduceres til et minimum, og ligeledes forøges udstrålingen på grund af den meget omtalte reliefvirkning i pladens 15 bestrålingsflade.

For at løse problemet ifølge den foreliggende opfindelse går man ud fra følgende geometriske betragtninger: 20 der er givet en plade med flere rækker af huller, der er fordelt som nærmere forklaret i det følgende, f.eks.: i jævnt fordelte med hinanden parallelle rækker, eller rækker på kryds og tværs, eller rækker, der er indbyrdes forskudt, således som det vil blive præciseret i det følgende.

25

Det er nødvendigt først at definere fordelingen af cellegrund-flader eller -baser på pladens forside i forhold til disse rækker. Man vælger et vilkårligt hul i en række. Man betragter seks nabohuller til dette vilkårlige hul.

30

Ud fra centrum af det vilkårlige hul trækker man vektorer, som forbinder dette centrum til centrene af nabohullerne. Man opnår således seks vektorer, der er karakteriseret ved deres retning og længde. Figuren, som dannes af de segmenter eller 35 liniestykker, der forbinder enderne af vektorer, definerer det, som man i det følgende vil kalde cellens teoretiske basis eller grundflade. Denne figur har form som en sekskant. I den-

DK 165069 B

3 ne figur er der altid, hvis man betragter en given vektor, i forhold til denne vektor, en vektor placeret til højre, en vektor placeret til venstre, og en vektor placeret overfor, som kaldes "den modsatte vektor eller kontravektoren", fordi 5 den ikke altid vil være sammenfaldende med den modsat rettede vektor i matematisk forstand, især ikke hvis figuren har form som en uregelmæssig polygon.

Ifølge opfindelsen foreslås en plade af den i indledningen 10 nævnte art, der er ejendommelig ved, at alle hullerne er placeret i hvert fald delvis i en celle, og at alle cellerne er fordelt således, at enhver af dem kan udledes ved forskydning af en celle med en vektor svarende til den geometriske sum af en første vektor lig med det dobbelte af en radiusvektor i den IS anden celle, og en anden vektor lig med naboradiusvektoren umiddelbart til højre eller venstre for radiusvektoren, idet cellerne drejes med en forudbestemt vinkel omkring midterhullet i forhold til den sekskant, der fremkommer ved indbyrdes forbindelse af yderpunkterne af de nævnte radiusvektorer, der 20 forbinder midterhullet med hullerne langs periferien, og at hvert hul langs periferien strækker sig på begge sider af en ydre kant af den sekskant, som cellen danner.

Således er pladen med den celledelte forside til en stråle-25 brænder udformet i et keramisk materiale med rækker af gennemgangshuller for en blanding af brændstof og oxideringsmiddel, og cellerne er indrettet i pladens udstrålingsflade som en familie af mønstre med en regelmæssig fordeling i rækker af huller, og alle de huller, der er i pladen, udmunder helt eller 30 delvis i tilsvarende celler, som hver især indeholder et centralt hul, og familien af mønstre med en regelmæssig fordeling af cellerne i pladens udstrålingsflade bestemmes på følgende måde: 35 - en teoretisk grundflade for en celle defineres ved ud fra centrum af et givet hul at trække seks vektorer, der forbinder dette centrum med centrene for seks udvalgte nabohuller, og

DK 165069 B

4 ved at forbinde enderne af disse seks således valgte vektorer indbyrdes, idet der til disse vektorer altid er knyttet en vektor til højre, en vektor til venstre og en kontravektor, 5 - ved fra enden af hver af de udvalgte vektorer at trække en vektor af samme længde og af modsat retning, som den tilhørende kontravektor, - ved ud fra enden af hver af disse nye vektorer at trække en-10 ten hver gang en vektor, der er identisk med den tilknyttede højre vektor, eller hver gang en vektor, der er identisk med den tilknyttede venstre vektor, og hvor de tilsvarende ender af sidstnævnte vektorer - i hver af de to muligheder - definerer centrene af de teoretiske grundflader for de tilstødende 15 celler til den, der dannede udgangspunktet, hvilke celler ligner den første og har samme retning, hvilken retning defineres ud fra den største diagonal gennem cellens centrum, og - ved skridt for skridt, således at bestemme det ene af de to 20 regelmæssige fordelingsmønstre for celler efter valget af den ene eller den anden af de to muligheder.

Ifølge opfindelsen kan 25 - den teoretiske grundflade for cellerne have form som en for trinsvis regelmæssig sekskant, eller 30 - den reelle grundflade for cellerne er defineret af en poly gon, der ligner polygonen for den teoretiske grundflade, hvilken polygon på overfladen skærer eller indeholder alle hullerne, hvis centre er placeret på omkredsen for den teoretiske grundflade, 35 - i bunden har hver celle en profil, der er cylindrisk, konisk, halvkugleformet eller som et andet omdrejningsvolumen,

DK 165069B

5 - hver celle kan i bunden have en profil med facetter, eller - hver celle kan i bunden have en profil, der er sammensat af flere komplette eller afskårne omdrejningslinier, f.eks. en 5 cylindrisk, konisk profil, - fortrinsvis ligger den vinkel, hvormed bunden af cellen afviger fra centerlinien gennem cellens midterhul, mellem 30° og ISO0, 10 - de mundinger, der er indrettet i pladen, er fortrinsvis cylindriske og har en diameter, der ligger mellem 0,4 og 0,5 mm, - dybden af cellerne ligger fortrinsvis mellem 0,5 mm og 3/5 15 af pladens tykkelse, - den ækvivalente diameter af den teoretiske grundflade for cellen er fortrinsvis defineret af summen af diametrene af to nabohuller og tykkelsen af materialet mellem disse to huller, 20 - for at tilbagerykke grænsen for genindtræden af forbrændingen ved en forøgelse af udstrømningshastigheden for brændstof og oxideringsmiddel, kan man tilstoppe et eller flere af hullerne i hver celle.

25

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere ud fra et ikke begrænsende eksempel og under henvisning til de vedføjede tegninger, hvor 30 fig. 1 viser et plant udsnit af en strålingsflade på en plade til en strålebrænder, og viser fremgangsmåden til bestemmelse af det regelmæssige mønster for fordelingen af huller, også kaldet celler, i pladen, 35 fig. 2 viser de forskellige fordelinger af hullerne, også kaldet celler, som man kan opnå i tilfælde af et ligesidet, sekskantet arrangement af fordybningerne.

6

DK 165069 B

fig. 3 og 4 viser for samme arrangement af rakker af huller og med samme teoretiske grundbasis for cellerne to reelle hexago-nale cellemønstre, som man kan opnå ifølge den foreliggende opfindelse, 5 fig. 5 og 6 viser to snit gennem pladerne i fig. 3 og 4 langs linierne X-X og Y-Y på en sådan måde, at man ser profilen i bunden af cellerne, og 10 fig. 7A til 7E viser tværsnit gennem pladerne og viser forskellige profiler i bunden af cellerne.

I fig. 1 ses et plant billede af en del af en plade til en strålebrænder med flere rækker af huller T, og man har vist de 15 geometriske processer, som gør det muligt at opnå de regelmæssige cellefordelinger i udstrålingsfladen på pladen ifølge den foreliggende opfindelse.

For et givet hul, såsom det, hvis centrum er betegnet med 0, 20 fremgår det af figuren, at der er seks nabohuller, hvis centre er betegnet med henholdsvis A, B, C, D, E og F. For tydeligt at definere de relative positioner af hullerne, trækker man ud fra centret af det givne hul vektorer, som forbinder dette centrum med centrene for nabohullerne, hvorved man får følgen-25 de vektorert OA, of, 0C, oS, 0E og T)F.

De celler, som skal indrettes i pladen, er defineret af deres 30 teoretiske basis, dvs. deres geometriske basis, og deres profil i dybden. Den reelle form af cellerne er således bestemt ud fra den teoretiske profil under hensyntagen til fremstillingsbetingelserne, såsom de teknologiske forarbejdningsbetingelser for støbningen og andre bearbejdninger.

I udførelseseksemplet fig. 1 forbindes yderpunkterne af de seks vektorer indbyrdes, hvilket giver en hexagonal form, som den teoretiske basis for cellerne, således som vist i fig. 1.

35 7

DK 165069 B

I det følgende beskrives, hvorledes »an opnår de forskellige fordelingsnønstre for cellerne.

Man går ud fra en given vektor OA. For denne vektor OA er der 5 i alle tilfælde en vektor til højre OB, en vektor til venstre OF og en »odsat rettet vektor 00, som betegnes den »odsatte vektor eller kontravektoren til den givne vektor, fordi den H* ligger direkte nodsat vektoren OA på den betragtede figur.

10 Ud fra endepunktet A af vektoren OA, trækker »an en vektor ..... ► AAi, so» er parallel med og har sanme længde og »odsat retning af den »odsat rettede vektor OD. Derpå trækker »an ud fra -^ punktet Aj en vektor AiOj, som er parallel med og har sanme længderetning son vektoren til højre UB*. Det punkt 0j, son »an 18 ar kom»et frem til, er centret for den teoretiske basis for en celle AVj.

Ved at arbejde på samme måde med de fem andre vektorer, som udgår fra punktet 0, opnår man til sidst, ud fra en teoretisk 20 central basis AV, seks nabobaser, og ved at arbejde på samme nåde igen og igen, opnås i hele forsiden af pladen et forde-lingsmotiv af celler, som nedtager alle de huller, der udnun-der helt eller delvis i en celle, og som kan etableres for et vilkårligt fordelingsmotiv af de nævnte huller, dvs. et hvil-25 ket son helst mønster, der kan være på kryds og tværs, firkantet eller forskudt vilkårligt.

Det fordelingsmotiv, der svarer til punktet Oj, er ikke det eneste. Ud fra punktet A} kan man trække en parallelvektor af 30 samme længde og samme retning, som vektoren nod venstre OF, -k hvilket giver vektoren AiO'j. Dette punkt O'i danner centeret for en teoretisk cellebasis betegnet AV'j i fig. 1, og svarer til et andet fordelingsnønster- af hexagonale celler.

35 på figur 2 har man vist de fordel ingsnønstre af celler, son kan opnås for en fordeling af huller, der svarer til en ensartet forskydning, og nan opnår i det tilfælde celler ned en re-

DK 165069 B

s gulær hexagonal form. De celler, der er opnået ud fra vektoren til højre, er betegnet AVj til AV7 og er trukket op med fuld streg, mens de celler, der er opnået ud fra vektoren til venstre, er betegnet med AV’j til AV4 og er vist med punkteret 5 streg.

Når man har bestemt det teoretiske cellemønster, må man definere deres reelle former, og man må derefter tage hensyn til termiske og teknologiske betragtninger. Fladerne ifølge opfin-10 delsen fremstilles ved støbning under tryk, og det er klart, at fordelingen og udformningen af cellerne har en indflydelse på fabrikationsprocessen, eftersom de stiller betingelser for realiseringen af tilsvarende dele af formen, som skal have den optimale effektivitet og pålidelighed samtidig med, at produk-15 tionsprisen skal være så lav som muligt.

I det følgende gives nogle udførelseseksempler for pladen ifølge opfindelsen. Som vist på fig. 3 og 4 har man, svarende til en regelmæssig fordeling af hullerne, som den reelle basis 20 for cellerne, anvendt en regulær sekskant, idet mønsteret i fig. 3 er opnået ved hjælp af de spor, som anvender vektoren til højre, og hvor motivet i fig. 4 opnås med de spor, der anvender vektoren til venstre. En sammenligning af fig. 3 og 4 med fig. 2, som giver fordelingsmønstrene for de teoretiske 25 cellebaser i det samme tilfælde, viser, at de reelle sekskan- ter er let drejede omkring deres centre i forhold til de teo retiske sekskanter, idet denne vinkelforskydning er foretaget af forarbejdningshensyn. I det pågældende eksempel har cellerne en profil i dybden, som er vist i fig. 5 og 6, idet fig. 5 30 er et tværsnit langs linien X-X i fig. 3, mens fig. 6 er et tværsnit langs linien Y-Y i fig. 4. Hver celle er således ud fra basis, der har form som en regulær sekskant, begrænset af krumme facetter, der indgår i de hexagonale sider og støder op til en bund, som defineres af en plan anbragt i en afstand H 35 fra pladens forside, og facetternes skæringer med denne bundplan afgrænser små sekskanter, som er synlige i fig. 3 og 4 og omkredser midterhullet af cellerne, idet disse midterhuller er synlige ved Tj i fig. 3, 4, 5 og 6.

9

DK 165069B

For at forae disse celler med facetter skal man freastille en støbeform forsynet aed fremspringende partier svarende til disse celler« Oer findes forskellige løsninger til, hvorledes aan kan freastille en sådan støbeform eller dorn, iser: 5 - bearbejdning af massivt gods ved fræsning eller f.eks. ved elektroerosion, - støbning i cire perdue af elementer, hvis positive form sva-10 rer til den negative profil af cellerne, og fastgørelse af disse elementer i en pren-plade, omtrent som vingerne på en turbine.

1 det viste eksempel har man anvendt fremgangsmåden ved fræs-15 ning, og for at tillade fræserens passage, har man anvendt den løsning, der består i at vinkelforskyde sekskanterne, der danner basis for cellerne.

På fig. 7A til 7E har man i lodret snit vist nogle eksempler 20 på profiler i dybden, som kan indrettes til cellerne, iser en halvkugleformet profil, en keglestubformet profil, en cylindrisk profil i flere etager, og en simpel cylindrisk profil. Det er muligt at indrette andre profiler, f.eks. profiler med omdrejningsoverflader, såsom parabolske flader, eller sanmen-25 satte profiler, såsom en cylindrisk, konisk flade.

For at bestemme profilen i dybden kan man tage hensyn til forskellige parametre. Især vinklen i spidsen af bunden af cellen udgående fra centret af cellens centrale fordybning ligger 30 mellem 30* og 180*. Dybden af cellerne bør fortrinsvis ligge mellem 0,5 mm og 3/5 af pladens tykkelse. Ligeledes er de åbninger, son er indrettet i pladen, fortrinsvis cylindriske og har en diameter mellem 0,4 og 5 mm. Den ækvivalente diameter af den teoretiske basis for cellen defineres af summen af dia-35 metrene af de to nabohuller og af materialetykkelsen mellem disse to huller.

Claims (4)

10 DK 165069 B Oet skal endvidere bemærkes, at for at forøge udstrømningshastigheden for blandingen af brændstof og oxideringsmiddel i hullerne, og for således at lade grænsen for forbrændingens indtræden rykke tilbage, er det muligt at tilstoppe en eller 5 flere mundinger i hver celle. Patentkrav.

1. Plade til strålebrændere fremstillet af et keramisk mate riale og forsynet med regelmæssigt dannede gennemstrømnings-huller for en blanding af oxideringsmiddel - brændstof, hvori de nævnte gennemstrømningshuller for blandingen af oxideringsmiddel-brændstof er arrangeret i en fuldstændig homogen konfi-15 guration i parallelle indbyrdes forskudte rækker, idet afstanden mellem to nabohuller altid er den samme, således at der på pladens forbrændingsflade dannes et system af regelmæssige eller regulære sekskantede celler ligesom biceller i en bikube (AV, AYj), hvor hver celle har et midterhul (Tj) og seks hul-20 ler langs periferien, idet positionen af hvert periferihul (A, B, C, D, E, F) er geometrisk bestemt ud fra midterhullet (0) af radiusvektorer (0A, OB, OK?, 00, OE, oF), og hvor pladen er kendetegnet ved, at alle hullerne er placeret i hvert fald delvis i en celle, og at alle cellerne er fordelt 25 således, at enhver af dem kan udledes ved forskydning af en —1 anden celle med en vektor (00^) svarende til den geometriske sum af en første vektor, der er lig med det dobbelte af en radiusvektor (0A) i den anden celle, og en anden vektor lig med naboradiusvektoren (OB eller 0F) umiddelbart til højre eller 30 venstre for radiusvektoren (0A), idet cellernes drejes med en forudbestemt vinkel omkring midterhullet i forhold til den sekskant, der fremkommer ved indbyrdes forbindelse af yderpunkterne af de nævnte radiusvektorer, der forbinder midterhullet med hullerne langs periferien, og at hvert hul. langs 35 periferien strækker sig på begge sider af en ydre kant af den sekskant, som cellen danner. 11 DK 165069B

2. Plade ifølge krav 1, kendetegnet ved, at mindst et hul i hver celle er tilstoppet.

3. Plade ifølge krav 1, kendetegnet ved, at i det 5 mindste en del af bunden af hver celle har en profil som en omdrejningsflade, såsom en cylinder, konus eller halvkugle.

4. Plade ifølge krav 1, kendetegnet ved, at hver celle i bunden har en profil med facetter. 10 15 20 25 30 35