Wynalazek niniejszy dotyczy zapalników, zwlaszcza zapalników do paliwa, znajdujacego sie w stanie rozdrobnienia czasteczkowego lub w innym stanie silnego rozdrobnienia, paliwa ta¬ kiego na przyklad jak gazy palne, zwlaszcza gaz ziemny i jego glówny skladnik metan.Zapalniki gazów jako takie sa oczywiscie dobrze znane i od dawna posiadaja rózne zasto¬ sowania. Bezposredni plomyk zapalajacy jest czesto uzywany w urzadzeniach domowego uzyt¬ ku. W niektórych urzadzeniach sa równiez uzy¬ wane zapalniki elektryczne wytwarzajace iskre wysokiego napiecia lub elektryczne zapalniki o- porowo zarowe.Dzialanie wszystkich tych zapalników polega na zapalaniu paliwa za pomoca elementu grze¬ jacego o temperaturze co najmniej równej tem¬ peraturze zaplonu w danych warunkach, przy czym mieszanina opalu z powietrzem zostaje o- grzana- lokalnie do takiej temperatury, ze wy¬ tworzone cieplo jest wystarczajace do zapalenia mieszaniny. Tego rodzaju ^palniki maja liczne wady. Zwlaszcza stale plomyki zapalajace sa kosztowne w uzyciu, niepewne i niebezpieczne.Iskry elektryczne i rozzarzone druty przewyz¬ szaja pod wielu wzgledami stale plomyki zapa¬ lajace, lecz sa równiez kosztowne i z tego powo¬ du nieodpowiednie do czesto uzywanych urza¬ dzen.^ Wysoka temperatura w krótkim czasie niszczy tego rodzaju przyrzady. Ponadto pcaca takich zapalników jest kosztowna na skutek bar¬ dzo wysokiego zuzycia mocy.Byly fczynione próby zapalania gazów za po¬ moca zapalników katalitycznych, to znaczy kata¬ lizatorów z platyny lub podobnych, przy czym zapalanie gazu nastepowalo na zasadzie kataj- litycznego spalania gazu latwo palnego. W prak¬ tyce jednak te katalityczne zapalniki nie dzia¬ laly zadowalajaco, gdyz byly niepewne w dziala¬ niu i nie mozna bylo ich stosowac do gazów trud-- nopalnych.W niektórych przypadkach zapoczatkowanie reakcji i jej przyspieszenie do.ostatecznego za¬ plonu jest latwiejsze niz*w innych. Na przykladw przypadku tak zwanego- gazu „miejskiego" ta¬ ka reakcja katalityczna jest stosunkowo latwa dziieki obecnosci w tym gazie wolnego wodoru, gdyz katalityczne spalanie wolnego wodoru, da¬ jace sie latwa zapoczatkowac, prowadzi do za¬ plonu organicznego paliwa. W przypadku gazu ziemnego, który zawiera glównie metan i inne posledniejsze skladniki, jak równiez w przypad¬ ku gazów bedacych w handlu, takich jak metan, propan, butan, etan i inne, nie zawierajacych wolnego wodoru, zaplon paliwa organicznego przez spalanie katalityczne jest nieslychanie trudny.Przekonano sie jednak, ze pomimo dotychcza¬ sowych ujemnych wyników mozliwe jest -skon¬ struowanie zapalnika katalitycznego^ dla gazów trudnopalnych, dzialajacego pewnie przy uzy7 .ciu gazów wszelkiego rodzaju.^ Przy zapalaniu katalitycznym reakcja zaczy¬ na sie ze stosunkowo niewielka szybkoscia, ciep¬ lo reakcji podnosi temperature powierzchni ka¬ talizatora i przyleglej warstwy gazu, powodujac _staly' wzrost szybkosci reakcji katalitycznej az do chwili, gdy w warstwie gazu, otaczajacej ka¬ talizator, wezmie udzial w reakcji taka ilosc czap steczek jaka jest potrzebna do wywolania tem¬ peratury, w której nastepuje zaplon. Procesowi temu przeszkadza jednak tworzenie sie produk¬ tów reakcji, które sa albo niepalne lub nie pro¬ wadza do pozadanej reakcji lancuchowej, jak równiez brak koniecznego tlenu w poblizu kata¬ lizatora. Ponadto zaplonowi przeszkadza w znacz¬ nej mierze gwaltowna strata ciepla, wytworzo¬ nego w katalizatorze podczas reakcji i odplywa¬ jacego na skutek przewodnosci drutu katalizato¬ ra, tak iz osiagalna ilosc energii cieplnej nie wy¬ starcza do zapalenia gazu. Trudnosci tych unika sie dzieki szczególnej budowie zapalnika.Szczególy budowy zapalnika wedlug wynalaz-. ku przedstawione sa na zalaczonym rysunku, w którym: fig. 1 przedstawia urzadzenie, skladaja¬ ce sie z zapalnika wedlug wynalazku; fig. 2 —: widok z boku jednego z zapalników wedlug wy¬ nalazku; fig. 3 — widok: z boku innego zapalni¬ ka wedlug wynalazku; fig. 4 do 7 — schema¬ tycznie rózne rodzaje zapalników wedlug wyna¬ lazku i fig. 8 — schematycznie zasade budowy niektórych zapalników wedlug wynalazku.Fig. 1 przedstawia urzadzenie, skladajace sie z gazowego palnika 1 z otworem 2 o dzialaniu zwrotnym i rura 3 równiez o dzialaniu zwrot¬ nym oraz z elektrycznie podgrzewanej spiralki zapalajacej k z metalu bedacego katalizatorem, na przyklad z platyny. Spiralki zapalajaca mo¬ ze byc uzywana w polozeniu poziomym, w polo¬ zeniu pionowym lub tez w jakimkolwiek innym.Wyzej wymieniona spiralke przedstawiaja. figv. ,2 — 7; na fig. 2 — 5 i 7, 8 pokazany jest zapal¬ nik skladajacy sie z spiralki wykonanej z sru¬ bowo zwinietego drutu, wlaczonego w obwód 5 i 5Y oraz ze zródla mocy 6, a na fig. 6 drut zwi¬ niety jest srubowo w kilka, w tym przypadku w dwie spiralki V i 4"; spiralka -4' posiada wiek¬ sza srednice niz spiralka A." i otacza czesc spiral¬ ki U", przy czym kazda z spiralek jest wlaczona" odpowiednio w obwody 5, 5' i 5",%'" i moze byc elektrycznie podgrzewana.Spiralka zapalajaca musi byc zwinieta srubo¬ wo i'posiadac zwoje lezace blisko siebie, sredni¬ ca jej drutu U (U* i i") powinna byc dostosowa¬ na do pobierania malej mocy. Srednica ta nie powinna przekraczac okolo 0,076 mm i spadac ponizej okolo 0,025 mm, a najlepiej gdy wynosi okolo 0,038 mm do 0,063 mm. Przewodnik, z któ¬ rego zwinieta jest spiralka moze skladac sie z jednego lub kilku drutów. W ostatnim przypad- - ku srednice poszczególnych drutów-musza byc ta¬ kie, aby suma powierzchni przekrojów tych dru¬ tów odpowiadala przekrojowi przewodnika o sred¬ nicy zawartej w wyzej podanych granicach. - Drut moze posiadac kazdy zadany ksztalt - przekroju poprzecznego, na przyklad -okragly, trójkatny, kwadratowy i tym podobny. Moc po¬ bierana przez drut katalityczny jest bardzo nie¬ wielka, rzedu okolo 2 wattów, zazwyczaj mniej niz 1 do 1,5 watta, a w kazdym razie nie wiek¬ sza od mocy, która moglaby doprowadzic spiral¬ ke do temperatury rekrystalizacji materialu ka¬ talitycznego, to znaczy, do temperatury, w któ¬ rej zachodzi rekrystalizacja i rozrost ziarna oraz obwisanie drutu na skutek znacznego zmiekcze¬ nia, jakie nastepuje na przyklad dla platyny przy 600°C. Liczba zwojów spiralki zalezy w pewnym stopniu od paliwa, które ma byc zapala¬ ne, liczba ta wzrasta wraz z trudnoscia zapale¬ nia jdanego .paliwa. Dla gazów nie zawierajacych wolnego wodoru, takich jak butan i propan, spi¬ ralka powinna posiadac przynajmniej sze£c zwo¬ jów, a przynajmniej dwanascie dla gazów takich jak metan. Srednica spiralki i odleglosc miedzy zwojami powinna byc taka, aby spiralka byla ' zwarta i zajmujac stosunkowo niewielka prze¬ strzen posiadala duza powierzchnie katalityczna.Dlatego tez odleglosc miedzy zwojami powinna byc jak najmniejsza, tylko taka, aby nie nasta¬ pilo zwarcie. Srednica spiralki moze sie zmieniac w granicach od okolo 1 do 5 mm, najlepiej gdy wynosi od okolo 2 do 4 mm.Paliwa organiczne róznia sie miedzy soba znacznie iloscia czasteczek, jakie w danych wa¬ runkach biora udzial w reakcji lancuchowej pro¬ wadzacej do'zaplonu rozdrobnionego paliwa or¬ ganicznego. Jezeli w danej chemicznej mieszani¬ nie paliwa czesc czasteczek, bioracych udzial wreakcji nie zwieksza sie szybko, wówczas lancu¬ chowa reakcja i zaplon paliwa moze wcale nie nastapic na skutek tworzenia sie niepalnych pro¬ duktów lub na skutek ubocznych reakcji, co wy¬ stepuje specjalnie wyraznie, na przyklad przy metanie. Aby zapalic tego rodzaju gaz, kataliza¬ tor, chociaz wykonany z drutu jednolitego, powi¬ nien byc skonstruowany na specjalnej zasadzie, która mozna nazwac zasada róznych stref. Jeze¬ li idealnie równo zwinieta spiralna z drutu kata¬ litycznego uzyta jest jako zapalnik, jak to przed-— stawiono na fig. 2, wówczas kazda czesc jej po¬ wierzchni jest jednakowo odpowiednia do zapo¬ czatkowania' reakcji katalitycznej, a wiec jedna^ kówo podlega tlumiacemu zapalanie wplywowi niepalnych produktów reakcji lub jej niepozada¬ nych produktów ubocznych. Taki zapalnik zosta¬ je pokryty na calej swej dlugosci warstwa ma¬ terialu, nie bioracego udzialu w reakcji, i nie moze zapalic metanu, lub podobnego paliwa. Aby trudnosc te przezwyciezyc, zapalnik wedlug wy¬ nalazku jest skonstruowany tak, \% posiada po¬ wierzchnie ze strefami o róznej .aktywnosci ka¬ talitycznej. Czesc najbardziej aktywna rozpo¬ czyna reakcje przy niskiej temperaturze. Ta czescia jest strefa pierwsza. Mniej aktywna czesc spiralki, w której "wystepuje glówna rea¬ kcja, stanowi druga strefe. Róznica w aktyw¬ nosci pomiedzy pierwsza strefa i druga jest tak duza, ze zapoczatkowanie reakcji katalitycznej, to znaczy reakcja w niskiej temperaturze Ogra¬ nicza sie do strefy pierwszej. Zanim druga stre¬ fa zdazy wywrzec dzialanie katalityczne, zosta¬ je ona ogrzana cieplem reakcji poczatkowej, sta¬ je sie natychmiast wysoce aktywna i powoduje intensywna reakcje w wysokiey' temperaturze, prowadzaca rdo szybkiego zapalania paliwa.Przedmiotem wynalazku jest taki katalizator, który moze byc jednym i tym simym materia¬ lem, w tym samym stanie chemicznym i fizycz¬ nym, lecz jest tak uksztaltowany, ze dziala jako katalizator róznostrefowy, posiada wiec przy¬ najmniej dwie strefy.Róznostrefowy katalizator moze byc utworzo¬ ny z jednej spiralki, jak na fig. 3 da 5 i 7, lub z kilku spiralek, jak na fig* 6. Fig. 3 przedsta¬ wia pojedyncza spiralke 4 o zwezajacym sie ksztalcie i wzrastajacym skoku. Spiralka takie¬ go ksztaltu moze posjiadac na przyklad 6,3 nrm dlugosci, a jej srednica wynosi na jednym kon¬ cu 3,15 mm i.zweza sie do 1,58 mm przy drugim koncu. Reakcja zaczyna^ sie w pierwszej strefie, która sklada sie z pierwszych kilku ciasno zwi¬ nietych skretów czyli zwojów — to znaczy z pierwszych pieciu zwojów na fig. 3 — i przeno¬ si sie na strefe druga, która sklada sie z pozo¬ stalych zwojów mniej scisle zwinietych. Przy tym ksztalcie katalizatora odleglosc miedzy zwojami,, czyli ich skok moze sie zmieniac od pierwszej strefy z bliskim rozmieszczeniem zwojów, czyli malym skokiem, do drugiej strefy z wieksza od¬ legloscia miedzy zwojami, czyli zwiekszajacym sie skokiem, (jak to. widac z rysunku:), lub tez odleglosc mtedzy zwojami i skok moga byc jed¬ nakowe. Fig. 4 przedstawia zwezajaca sie spiral¬ ke ^ fig. 3 o odmiennym ksztalcie, pierwsza stre¬ fa tej spiralki sklada sie z pierwszych pieciu lub szesciu scisle zwinietych zwojów, a druga strefa zawiera zwoje znajdujace sie w wiekszej od sie¬ bie odleglosci i o wiekszym skoku, za którymi nastepuje kilka zwojów, które sa scislej zwinie¬ te. Fig. 5 przedstawia spiralke o ksztalcie jed¬ nakowym bez zwezenia, z pierwsza strefa scisle zwinietych zwojów i z druga strefa szerzej roz¬ mieszczonych zwojów o wiekszym' skoku, po któ¬ rych znów nastepuje kilka zwojów scisfle zjwi- rfietych. Fig. 7 przedstawia róznostrefowy ka¬ talizator w postaci spiralki wygietej, w której kazde ramie scisle zwinietych zwojów lub przy-' n, najmniej jedno z tych ramion sluzy jako strefa pierwsza, a czesc wygieta, w której zwójje saT szeroko rozstawione, sluzy jako strefa druga. Co sie tyczy fig. 6, to przedstawia ona katalizator róznostrefowy zlozony z oddzielnych spiralek, ta¬ kich jak wyzej opisano i przedstawiono na ry¬ sunku. Spiralka ta moze byc utworzona ze sztyw¬ nego drutu zwinietego srubowo albo bez oparcia albo zwinietego na sztywnej podporze drucianej i tworzyc tak zwana „cewke uzwójowa", w któ¬ rym to przypadku mniejsze srubowe zwoje sta¬ nowia strefe pierwsza, a wiekszy zwój cienkiego srubowo zwinietego drutu stanowi druga strefe.Cewka taka moze byc zwinieta z drutu na przy¬ klad o srednicy 0,025 mm, posiadac srednice 0,127 mm i 300 zwojów 2,54 mm; moze byc u^ zywana jako jednostrefowa lub sluzyc"do utwo^ rzenia wiekszej wielostrefowej cewki.W specjalnych odmianach spiralek odleglosc miedzy zawojami w pierwszej strefie czyli fazie jest mniejsza hib zwoje maja, wieksza srednice niz w drugiej strefie albo tez obie te cechy wy¬ stepuja jednoczesnie; krótko mówiac, kataliza^- tor w pierwszej strefie posiada wieksza zdolnosc wytwarzania ciepla w danej przestrzeniv niz w przestrzeni zawierajacej jego druga strefe.Wyzej opisana zasada rózhostrefowa, wyste¬ pujaca w budowie powyzej opisanej, jest .w spo¬ sób uproszczony przedstawiona na fig. 8. Pierw¬ sza strefa zawarta jest w przestrzeni 7. Mozna równiez zauwazyc, ze podczas okresu, gdy prad plynie przez spiralke, lecz ona jeszcze nie dziala jako zapalnik katalityczny, pierwsza strefa ka¬ talizatora posiada wyzsza temperature niz druga na skutek Wiekszego rozpraszania ciepla przez — 3 —te ostatnia. Ta róznica temperatur pomaga do ustalenia potrzebnego zrózniczkowania aktyw¬ nosci obu stref.Rzecz jasna oczywiscie, ze katalizator pierw¬ szej i drugiej strefy moze'posiadac jakikolwiek inny odpowiedni ksztalt zgodny z opisem zasady wynalazku niniejszego.Zapalnik moze byc równiez uzywany do za¬ palania gazu „miejskiego".Metalem katalitycznym, z którego jest zro¬ biony drut, a przynajmniej jego powierzchnia, bywa zwykle platyna lub jej stop z innymi odpo¬ wiednim metalem lub metalami, takimi jak me¬ tale z grupy platyny, na przyklad, rod lub iryd, albo z innymi metalami szlachetnymi, lub stop platyny z odpowiednim metalem nieszlachetnym, na przyklad z niklem. Materialem katalitycznym moga byc równiej inne metale z grupy platyny lub ich stopy. Jezeli to jest pozadane, materialy katalityczne moga byc równiez 'otrzymane droga metalurgicznych metod prasowania proszków i w tej formie material ten moze sie skladac z za¬ roodpornych tlenków w stanie rozdrobnienia, ta¬ kich jak na przyklad tlenek toru, berylu itd. Co do stopów platyny, to skladaja sie one zwykle z platyny w iloscli przewazajacej i z wystepuja¬ cego w mniejszej ilosci dodatku stopowego; uzy¬ wane sa na przyklad stopy zawierajace 90'«/0 platyny i 10°/oi rodu lub irydu lub tym podobnych skladników. Material katalityczny moze równiez byc nakladany, jako okladzina lub inny element powierzchni, na rdzeniu z innego materialu, na przyklad z wolframu, molibdenu itd.Spiralka U zapalnika, jak równiez spiralki V i U"y posiadaja zwoje w ilosci takiej, jaka w da¬ nym przypadku jest pozadana. Liczba zwojów 7*2\vLy w pewnym stopniu od paliwa, które ma byc zapalane, przy czym liczba ta wzrasta wraz z trudnoscia jego zapalenia.Zapalnik moze stanowic jedna spiralka, jak na fig. 2 — 5 i 7, lub kilka spiralek, jak na # fig. 6.Istotne cechy charakterystyczne zapalnika wedlug wynalazku najwyrazniej wystepuja przy zastosowaniu go do zapalania metanu. Przy za¬ stosowaniu katalitycznego drutu z platyny d srednicy 0,051 mm w postaci spiralki srubowej wedlug odmiany z fig. 2, z szescioma zwojami i srednica spiralki równa 2 mm, pobór mocy po¬ trzebny do zapalania propanu wynosi okolo 0.5 watta. Ten sam zapalnik z fig. 2 uzyty do zapa¬ lania gazu „miejskiego", zawierajacego wolny wodór, wymaga poboru mocy okolo 0,3 watta.Odnosnie zapalania metanu przy pomocy rózno- strefowej spiralki katalitycznej, zapalnik z fig. 3, wykonany z 90o/0, platynyi 10«/0 irydu, skla¬ dajacy sie z dwunastu zwojów o drucie 0,051 mm wymaga tylko 0,9 do 1 watta do zapalenia tego gazu w sposób niezawodny. W porównaniu z tym zapalnik elektryczny typu zarowo-oporowego do zapalania metanu musi pobierac 30 wattów.Dzialanie zapalnika wedlug wynalazku jest ponizej podane. Zapalnik jest utrzymywany za pomoca ogrzewania elektrycznego w stosunko¬ wo niskiej temperaturze, na przyklad okolo 3Ó0^C w przypadku propanu, butanu i tym po¬ dobnych paliw, albo okolo 450aC w przypadku jpnetanu, który jest trudniejszy do zapalania niz inne wymienione wyzej gazy, lub w kazdej in¬ nej temperaturze ponizej temperatury rekrysta¬ lizacji katalitycznego metalu spirali; zapalnik ten wprowadzony zostaje w zetkniecie z gazem lub innym paliwem, które ma byc zapalone, za¬ zwyczaj przez skierowanie nan strumienia pali¬ wa zmieszanego z powietrzem. Nastepuje bezplo- mieriiowe spalanie paliwa a temperatura podno¬ si sie stale w sposób wyzej opisany az do chwili, *'w której nastepuje zaplon. Odstep czasu miedzy pierwszym zetknieciem siepaliwa z zapalnikiem i jego istotnym zapaleniem jest rzedu jednej sekun¬ dy lub jej ulamka, tak iz obserwatorowi wydaje sie, ze zaplon nastepuje spontanicznie i natych¬ miastowo. Po dokonaniu zapalenia zapalnik zo¬ staje usuniety z paliwa lub tez paliwo zostaje usuniete z przestrzeni otaczajacej zapalnik na przyklad przez umieszczenie zapalnika w urza¬ dzeniu zwrotnym, przedstawionym na fig. 1. W celu zapalenia gazu otwiera sie kurek gazowy. Z poczatku gaz jeszcze nie zapalony, wyplywajacy z otworu 2, umieszczonego ponizej otworków pal- ¦ nika 1 przeplywa przez rurke 3 do spiralki U o- grzewanej elektrycznoscia do temperatury sto¬ sunkowo niskiej, gdzie zostaje zapalony na sku¬ tek dzialania katalitycznego., W tym momencie nastepuje wybuch i plomien cofa sie przez rurke 3 do miejsca 2, zapalajac przy otworach 2 i 1 strumien gazu, który juz wiecej nie doplywa rurka 3 do katalizatora U* Gaz./przestaje sie wiec stykac z, katalizatorem, wskutek czego nie jest on wystawiony na dzialanie reakcji katalitycznej, a wiec na dzialanie wysokiej temperatury plomie¬ nia. Mozna jednak i w inny sposób przerwac zetkniecie sie katalizatora z gazem natychmiast -po jego zapaleniu.Elektryczne ogrzewanie zapalnika katalitycz¬ nego moze byc ciagle lub regulowane, tak aby zbiegalo sie z chwila otwarcia wylotu dla stru¬ mienia paliwa.Zapalnik jest elektrycznie podgrzewany do " temperatury znacznie nizszej od tej, przy której normalnie nastepuje zaplon, dopiero raakcja ka¬ talityczna podnosi temperature drutu az do tem¬ peratury, przy której paliwo zapala sHe. W» przy-padku zapalników wedlug wynalazku nie jest wiec potrzebne ogrzewanie zapalnika do tempe¬ ratury wyzszej ani nawet równej temperaturze zaplonu. Czas, w którym katalizator osiaga swa szczytowa temperature, jest tylko ulamkiem czasu zapalania, tak iz podezas tak krótkiego odstepu czasu rekrystalizacja,, rozrost ziarna i zmiekczenie metalu katalizatora w zasadzie nie moga nastapic. ' Zapalnik moze byc uzywany w przyrzadach domowego uzytku i urzadzeniach przemyslowych, takich jak piece, urzadzenia kotlowe itd. Prad moze byc pobierany z elektrycznej sieci zasilaja¬ cej przy zastosowaniu opornika lub odpowiednie¬ go transformatora, albo z baterii. Zapalnik mo¬ ze byc równiez uzywany w róznych przyrzadach i urzadzeniach takich, jak zapalniczki do papie¬ rosów w polaczeniu z transformatorem zasila¬ nym z sieci elektrycznej, w którym to przypad¬ ku nie jest konieczne uzywanie specjalnych „lzej¬ szych paliw", lecz mozna uzyc kazdego dogodne¬ go organicznego paliwa, takiego na przyklad jak benzyna. PL