NL9200996A - Katalytische brander, alsmede daarvoor geschikte katalysator en katalysatordrager. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Katalytische brander, alsmede daarvoor geschikte katalysator en katalysator-drager.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een katalytische brander, tenminste omvattende een eventueel op een drager ondersteunde oxydatiekatalysator, toevoermid-delen voor het naar de katalysator voeren van een lucht/ brandstofmengsel, alsmede ontstekingsmiddelen voor het inleiden van de verbrandingsreactie nabij de katalysator. Een dergelijke katalytische brander is algemeen bekend en vindt toepassing in inrichtingen, waarbij explosiegevaar dient te worden vermeden, zoals bijvoorbeeld verwarmingstoestellen in treinen, vliegtuigen en dergelijke, of bijvoorbeeld haardrogers respectievelijk krullers. De verbrandingsreactie van de brandstof vindt nabij het katalysa-toroppervlak plaats bij een temperatuur die beneden de ont-brandingstemperatuur van de brandstof zelf ligt, waardoor elk gevaar voor explosie wordt opgeheven.

De bekende branders bezitten echter een zeer belangrijk nadeel, doordat tijdens het ontsteken van de katalytische brander doorgaans een open vlam wordt toegepast, die boven het oppervlak van de brander wordt gevormd. De ontsteking vindt veelal plaats door een waakvlam, vonk of dergelijke. Tijdens het ontsteken wordt een lucht/brand-stofmengsel door de katalysator gevoerd en met behulp van ontstekingsmiddelen ontstoken. De open vlam die daarbij boven het oppervlak van de katalysator wordt gevormd, verdwijnt langzaam, tot het moment waarop de katalysator volledig in werking is. Op dat moment vindt de verbrandingsreactie uitsluitend nabij het oppervlak van de katalysator plaats. Het zal duidelijk zijn, dat een zodanige verbranding van de brandstof tijdens het onsteken, die leidt tot een open vlam een aanzienlijk gevaar voor explosie oplevert.

De onderhavige uitvinding beoogt voor bovengenoemd nadeel een oplossing te verschaffen en bezit daartoe als kenmerk, dat de ontstekingsmiddelen zijn uitgevoerd in de vorm van direkt met de katalysator in aanraking zijnde en in hoofdzaak gelijkmatig daarin verdeelde elektrisch geleidende gebieden, die zijn verbonden met aansluitmiddelen, die met een stroombron kunnen worden verbonden, een en ander zodanig, dat voor het ontsteken gedurende een bepaalde tijd stroom door de geleidende gebieden kan worden gevoerd, die een voor het ontsteken geschikte verwarming in die gebieden veroorzaakt.

Door de aanwezigheid van elektrisch geleidende gebieden in de katalysator kan tijdens het ontsteken door middel van weerstandsverwarming de gehele katalysator gelijkmatig worden verwarmd en blijft te allen tijde de temperatuur beneden de ontbrandingstemperatuur van het lucht/ brandstofmengsel, waardoor elk gevaar voor explosie wordt vermeden.

De elektrisch geleidende gebieden bezitten met voordeel een zeer hoge weerstand, waardoor een goede tempera-tuurweerstandskarakteristiek wordt verkregen, en voorts de mogelijkheid bestaat om de temperatuur van de katalysator te meten door de stroomdoorvoer te meten. De regeling van de ontsteking zal verderop worden besproken.

Verdere verbijzonderingen van de katalytische brander volgens de uitvinding zijn beschreven in de onderconclusies 2-6.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een katalysator die al dan niet is gedragen en/of van aan-sluitklemmen is voorzien en die kennelijk bestemd is om te worden toegepast in een katalytische brander volgens de uitvinding.

Tenslotte heeft de uitvinding betrekking op een katalysatordrager, die al dan niet is voorzien van aansluitklemmen en kennelijk bestemd is om te worden toegepast in een katalytische brander of een katalysator volgens de uitvinding.

In het navolgende zal de uitvinding nader worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening; daarin toont:

Fig. 1 een schematische voorstelling van een kataly tische brander volgens de uitvinding;

Fig. 2 een uitvoeringsvorm van een katalytische brander volgens de uitvinding; en

Fig. 3 een bovenaanzicht van een gaasvormige katalysatordrager met aansluit-oren.

In Fig. 1 is met 1 schematisch de katalysator getoond, die bijvoorbeeld kan bestaan uit een metaalgaas (Fe, Al etc.), dat als drager voor een oxydatiekatalysator, zoals bijvoorbeeld palladium, platina of een ander edelmetaal dient. Met 2 is een lucht/brandstofmengseltoevoer schematisch aangegeven. Dit mengsel kan bijvoorbeeld bestaan uit een lucht/gas- of lucht/dampmengsel, dat met behulp van de katalysator 1 dient te worden verbrand. Met 3 zijn schematisch de elektrisch geleidende gebieden in de katalysator 1 aangegeven, waardoor via leidingen 4 en 5 met behulp van een stroombron 6 een stroom kan worden gevoerd. Met 7 is een temperatuur-taster aangegeven, die via een leiding 8 eveneens met de regelbare stroombron 6 is verbonden, teneinde de temperatuur te kunnen meten. Voor de gemiddelde vakman liggen vele varianten hiervan voor de hand. Bijvoorbeeld kan ook door stroommeting de temperatuur worden bepaald. Wanneer de geleidende gebieden 3 uit een geleidend materiaal met een zeer hoge temperatuur afhankelijke weerstand bestaan kan dit worden uitgevoerd met behulp van de algemeen bekende temperatuur/weerstandskarakteristiek.

Bij het ontsteken van een katalytische brander volgens de uitvinding wordt doorgaans allereerst een lucht/brandstofmengsel toegevoerd, waarna stroom door de geleidende gebieden wordt gevoerd, teneinde deze en daarmee de katalysator door weerstandsverwarming op een geschikte temperatuur te brengen, waarna de katalysator zeer snel autonoom kan branden. Hierbij treedt nimmer explosiegevaar op, daar de temperatuur van de katalysator op eenvoudige wijze beneden de ontbrandingstemperatuur van het lucht/brandstofmengsel kan worden gehouden.

In Fig. 2 is gedetailleerder een bijzondere uitvoe- ringsvorm van een katalytische brander volgens de uitvinding getoond, welke bijvoorbeeld geschikt is om voor ver-warmingsdoeleinden te worden toegepast. Daarbij kan worden gedacht aan het verwarmen van water of dergelijke op plaatsen waar open vuur ongewenst is. Tevens kan een dergelijke brander bijvoorbeeld in een haardroger respectievelijk kruller of dergelijke worden opgenomen.

Deze katalytische brander bestaat uit een metalen omhulling 9, waarin nabij de onderzijde door een zijwand een lucht/brandstofmengseltoevoerbuis 10 is ingebracht.

Deze lucht/brandstofmengseltoevoerbuis 10 is in dit geval in het bijzonder geschikt voor het toevoeren van een lucht/ gasmengsel, daar luchttoevoeropeningen 11 aanwezig zijn. Hierdoor kan lucht met een gasstroom 12 worden gemengd. De uitstroomopening 13 bevindt zich met voordeel nabij de wand van de omhulling 9, tegenover de opening waardoor de lucht/ brandstofmengseltoevoerbuis 10 is gevoerd. Hierdoor wordt een voor menging van het lucht/gasmengsel belangrijke werveling van de binnenstromende lucht/gasstroom verkregen.

Het lucht/gasmengsel treedt vervolgens door een plaat 14, die is voorzien van één of meer openingen 15, waardoor het lucht/gasmengsel gelijkmatig binnen de omhulling wordt verdeeld. Hierna treedt het lucht/gasmengsel door een metaalgaas 16 voor een nog gelijkmatiger verdeling en uiteindelijk door de katalysator 17. De katalysator 17 bestaat in dit geval uit een staalgaas, dat is bekleed met een Pt-oxydatiekatalysator. Het metaalgaas is onder tussenkomst van een elektrisch isolerend materiaal, hier een laag keramisch isolatiepapier 19, ingeklemd in een stalen ring 18.

Met 20 en 21 zijn twee aansluitklemmen aangegeven, die met een stroombron kunnen worden verbonden, zodat voor het ontsteken van de katalytische brander de katalysator 17, althans in dit geval het metaalgaas, door weerstands-verwarming op de geschikte temperatuur kan worden gebracht. Deze temperatuur is niet zeer kritisch en bevindt zich doorgaans beneden de eigenlijke werkingstemperatuur van de katalytische brander. Bijvoorbeeld is in het geval van butaangas een temperatuurverhoging tot ± 200 °C voldoende om de katalytische brander te ontsteken. Deze stijgt na ontsteking vanzelf in temperatuur tot 600 - 700 °C.

De door te voeren stroom is niet zeer kritisch, vanzelfsprekend dient deze voordeligerwijs zo hoog mogelijk te zijn, zodat de verwarming zeer snel plaatsvindt.

In de katalytische brander volgens Fig. 2 is geen temperatuurtaster getoond, doch deze zou eveneens aanwezig kunnen zijn. Een dergelijke taster zou kunnen dienen om onder toepassing van een besturingsinrichting de stroomtoevoer tijdens het ontsteken van de katalytische brander te kunnen regelen, danwel de gastoevoer aan de brander te kunnen regelen, wanneer de laatste in werking is. Laatstgenoemde regeling voorkomt een overmatige temperatuurstijging van de katalysator tijdens het in bedrijf zijn van de katalytische brander, zodat mogelijke verbranding van de katalysator wordt voorkomen.

In Fig.3 is een bovenaanzicht van een uitvoeringsvorm van een katalysatordrager voor een brander volgens de uitvinding getoond. Deze bestaat uit een staalgaas (22) met twee metalen aansluit-oren (22,23) die over een belangrijk deel van de omtrek van het gaas met het gaas zijn verbonden. Deze uitvoering van de aansluitklemmen heeft als voordeel, dat de verwarming van de katalysastordrager en daarmef Te katalysator tijdens het ontsteken van de brander gelijkmatig plaatsvindt met zo min mogelijk plaatselijke temperatuurverhogingen, zoals bij een puntsgewijze bevestiging van de aansluitklemmen zouden optreden. Vanzelfsprekend is deze wijze van bevestigen van de aansluitklemmen niet alleen van voordeel bij een gaasvormige al dan niet gedragen katalysator. Het heeft in het algemeen de voorkeur om de weerstandsverwarming zo gelijkmatig mogelijk te laten plaatsvinden, en derhalve de aansluitklemmen over een aanzienlijk gedeelte van de katalysator met de katalysator te verbinden.

Het zal duidelijk zijn dat uitgaande van de voorgaande beschrijving vele varianten van de katalytische brander, de katalysator en de katalysatordrager volgens de uitvinding voor de gemiddelde vakman voor de hand zullen liggen. De toepassing van de ontstekingsmiddelen volgens de uitvinding, dat wil zeggen de aanwezigheid van direkt met de katalysator in aanraking zijnde en gelijkmatig daarin verdeelde geleidende gebieden, die van aansluitingen zijn voorzien, om met de stroombron te kunnen worden verbonden kunnen eveneens van toepassing zijn voor allerlei andere katalytische toepassingen, daar een temperatuurverhoging van de katalysator doorgaans een positieve invloed heeft op een katalytische reactie.

Voorts is de afmeting van de brander niet kritisch. Het ontstekingsmechanisme volgens de uitvinding is geschikt voor kleine huishoudelijke branders, zoals campingbranders, branders voor het verwarmen van water e.d. in vliegtuigen of treinen, haardrogers etc., alsook voor grote industriële branders.

Claims (9)

1. Katalytische brander, tenminste omvattende een eventueel op een drager ondersteunde oxydatiekatalysator, toevoermiddelen voor het naar de katalysator voeren van een lucht/brandstofmengsel, alsmede ontstekingsmiddelen voor het inleiden van de verbrandingsreactie nabij de katalysator, met het kenmerk/ dat de onstekingsmiddelen zijn uitgevoerd in de vorm van direkt met de katalysator (l;17;22) in aanraking zijnde en in hoofdzaak gelijkmatig daarin verdeelde elektrisch geleidende gebieden (3), die zijn verbonden met aansluitmiddelen (20, 21; 22, 23) die met een stroombron (6) kunnen worden verbonden, één en ander zodanig, dat voor het ontsteken gedurende een bepaalde tijd stroom door de geleidende gebieden (3) kan worden gevoerd, die een voor het ontsteken geschikte verwarming in die gebieden veroorzaakt.

2. Katalytische brander volgens conclusie 1, met het kenmerk/ dat de geleidende gebieden (3) zijn uitgevoerd in de vorm van een elektrisch geleidend katalysatordragermate-riaal.

3. Katalytische brander volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de oxydatiekatalysator zelf elektrisch geleidend is.

4. Katalytische brander volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de oxydatiekatalysator één of meer edelmetalen, zoals bijvoorbeeld Ru, Rh, Pd, Ir en Pt bevat.

5. Katalytische brander volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de katalysator een op een staalgaas (22) gedragen oxydatiekatalysator is.

6. Katalytische brander volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de oxydatie katalysator een Pt-oxydatiekataly-sator is.

7. Katalytische brander volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk, dat de aansluitmiddelen zijn uitgevoerd in de vorm van aansluit-oren (23,24) die over een belangrijk deel van de omtrek van het gaas (22) met het gaas (22) zijn verbonden.

8. Katalysator, al dan niet gedragen en/of van aan-sluitklemmen voorzien, kennelijk bestemd om te worden toegepast in een katalytische brander volgens volgens een of meer van de conclusies 1-7.

9. Katalysatordrager, al dan niet voorzien van aan-sluitklemmen, kennelijk bestemd om te worden toegepast in een katalytische brander volgens een of meer van de conclusies 1-7 of in een katalysator volgens conclusie 8.