DE1763089A1 - Hitzebestaendige Isolierwand - Google Patents

Description

Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, Tokyo, Japan

Hitzebeständige Isolierwand

Die Erfindung betrifft hitzebeständige Isolierwände, die insbesondere für magnetQhydrodynamisehe Generatoren geeignet sind.

Eine wichtige Aufgabe bei der Konstruktion magnetohydrodynamischer Generatoren (im folgenden kurz MHD Generatoren genannt) ist die Schaffung hitzebeständiger Isolierwände,da sie den heißen Arbeitsgasen ausgesetzt sind und daher eine hohe Betriebssicherheit und große Lebensdauer aufweisen müssen. Da das in dem Generator verwendete Arbeitsgas ein Element, beispielsweise Kalium enthält, welches stark korrodierend wirkt und bei erhöhter Temperatur mit hoher Geschwindigkeit strömt, muß das für die Wand verwendete Material in hohem Maße widerstandsfähig gegenHitze, Korrosion, Verschleiß, thermischen Schock, Wärmespannung, Oxydation usw. und außerdem hervorragend elektrisch isolierend sein. Da keines der zur Zeit verfügbaren hitzebeständigen Materialien die obengenannten Erfordernisse bei erhöhten Temperaturn in ausreichendem Maße aufweist, hat man bisher hitzebeständige Isoliorwände aus einem geeigneten

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hitzebeständigen Material, beispielsweise aus Alumina oder Magnesia hergestellt und die rückwärtigen Oberflächen der Wände gekühlt, um sie auf zulässigen Temperaturen zu halten. Es ist jedoch zu befürchten, daß solche Wände infolge der wärend des Betriebs auftretenden Erwärmungszyklen springen und zum Teil zerstört werden.

Um diese Nachteile zu vermeiden wurde bereits vorgeschlagen, die Wand in eine Vielzahl kleiner Teile zu unterteilen, die mit einer Kühlplatte verbunden sind und die zwischen den kleinen Wandteilen vorliegenden Spalte mit einem feuerfesten Zement auszufüllen, um die Reibung zwischen der Wand und (fern Arbeitsgas zu verringern und außerdem zu verhindern, daß sich die elektrische Isolation der Wände infolge der Kaliumverbindungen und Wasserdampf enthaltenden, in die Wand eindringenden Arbeitsgase verschlechtert. Da jedoch der feuerfeste Zement die Eigenschaft hat, Wasser zu absorbieren, können beachtliche Mengen von Kaliumverbindungen und Wasserdampf in die Isolierwand eindringen und die elektrische Isolation der Wand verschlechtern und außerdem bewirken, daß der die Spalte zwischen den Wandstücken füllende, feuerfeste Zement pulverisiert wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung einer neuen, verbesserten wirksam gekühlten, hitzebeständigen Isolierwand, die nicht mehr infolge ihrer Wärmespannungen springt, deren Wärmeverlust gering und deren Konstruktion relativ einfach ist. Ferner soll eine hitzebeständige Isolierwand

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geschaffen werden, in die die in einem heißen Arbeitsgas enthaltenen Kaliumverbindungen und der Wasserdampf nicht mehr eindringen und die elektrische Isolation verschlechtern können, da dem Arbeitsgas eine mit Schutzuberzug versehene Oberfläche ausgesetzt wird.

Ferner soll die erfindungsgemäße hitzebeständige Isolierwand aus einer Vielzahl von Wandblöcken zusammengesetzt sein, deren,

den

zwischen den erhöhten Temperaturen ausgesetzten Teilen befindlichen Spalte mit einem feuerfesten Zement ausgefüllt sind

den

und deren, zwischen den geringeren Temperaturen ausgesetzten Teilen befindliche Spalte mit Kunstharz ausgefüllt sind, um sowohl die mechanische Festigkeit als auch die Isolationseigenschaften zu verbessern.

Gemäß einem weiteren Ziel der vorliegenden Erfindung soll eine Vorrichtung geschaffen werden um eine hitzebeständige Isolierwand aus einer Vielzahl von Wandblöcken wirkungsvoller mit Wasser zu kühlen.

Dabei soll die Kühlung der hitzebeständigen,aus einer Vielzahl von Wandblöcken bestehenden Isolierwand über deren Träger aus einem elektrisch isolierendem Material erfolgen, um die Isolationseigenschaften der Wand zu verbessern.

Dies wird gemäß der Erfindung bei einer hitzebeständigen

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Isolierwand mit mindestens einem hitzebeständigen elektrisch isolierenden Block, dessen eine Oberfläche einem heißen Gas ausgesetzt ist, dadurch erreicht, daß auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Blocks eine metallisierte Schicht aufgebracht ist, daß ein metallisches Kühlßlied mit der metallisierten Schicht fest verbunden ist und daß eine Vorrichtung zum Kühlen des Kühlglieds mit einer Kühlflüssigkeit vorgesehen sind.

k Gemäß einer vorzugsweisen Ausbildungsform der Erfindung kann die hitzebeständige elektrisch isolierende Wand eine Vielzahl von Blöcken aus hitzebeständigem elektrisch isolierendem Material aufweisen, die zueinander ausgerichtet, in etv/a gleichen Abständen voneinander derart angeordnet sind, daß zwischen ihnen Spalte vorliegen, daß jeweils eine Oberfläche der Blöcke einem heißen Gasstrom ausgesetzt ist, daß ein feuerfestes Material, die zwischen den Blöcken befindlichen Spalte füllt, und ferner eine Kühlvorrichtung mit einer Kühlflüssigkeit aufweisen, um die Blöcke zu kühlen und dadurch gekennzeichnet sein, daß

die der dem heißen Gas ausgesetzten Oberfläche gegenüberliegende Oberfläche der Blöcke metallisiert ist, ein metallisches Kühlglied mit der metallisierten Oberfläche jedes Blocks verbunden ist und die Blöcke mit Hilfe der Kühlvorrichtung gekühlt sind.

Vorzugsweise können die zwischen den Wandblöcken befindlichen Spalte mit einem feuerfesten Material gefüllt sein, dessen

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Eigenschaften dem hitζebestanfügen elektrisch isolierenden Material der Wand gleich ist und ferner tonnen die dem Gasstrom ausgesetzten Oberflächen der Wandblöcke und des in die Spalte eingefüllten Zements mit einem pulverisiertem Material übersogen sein, dessen Eigenschaften denen des Isolisrmaterials und dem feuerfesten Material gleich sind.

Vorzugsweise ist der Teil, der zwischen den Wandblöcken befindlichen Spalte, der sich auf einer höheren Temperatur "befindet mit einem feuerfesten Zement und der übrige sich auf einer geringeren Temperatur befindliche Teil mit ei.iem kunstharzartigen Material gefüllt.

Das Kühlglied kann in herkömmlicher Weise unmittelbar mit einer Kühlflüssigkeit, wie Wasser, gekühlt sein.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Zeichnung.

Fi':ur 1 zeigt ein Schnittbild, aus dem die Grundzüge eines MHD Generators zu ersehen sind.

Fi.^ur 2 zeigt ein Schnittbild einer Generatorkammer eines MHD Generators gemäß der Erfindung in schematiceher Darstellung.

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Figur 3 zeigt ein Teilschnittbild einer Isoliorwand für eine Generatorkammer eines MHD Generators gemäß dem Stand der Technik.

Figur 4 zeigt ein Teilschnittbild einer Ausführungsform, einer hitzebeständigen, elektrisch isolierenden Wand gemäß der Erfindung.

Figur 5 bis 8 zeigen Teilschnittsbilder verschiedener Ausführungsformen der Erfindung.

Figur 9 zeigt ein Schnittbild eines Wandblocks nach Figur 8.

Figur Io zeigt ein Schnittbild längs der Linie X-X der

Figur 9.

Figuren 11 und 12 zeigen Teilschnittbilder weiterer Ausführ ungs formen gemäß der Erfindung.

Figur 13 zeigt ein Schnittbild eines Wandblocks nach Figur 12.

Figur 14 zeigt ein Schnittbild längs der Linie IVX-IVX der Figur 13.

Fi-ur 15 zeigt ein Schnittbild längs der Linie VX-VX der Figur 14.

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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für verschiedene Verwendungszwecke geeignet. Insbesondere ist sie als hitzebeständige, elektrisch isolierende Wand einer MHD Generatorkammer geeignet und wird im nachstehenden im Zusammenhang mit diesem Verwendungszweck beschrieben.

In Figur 1 ist ein MHD Generator in Form eines Diagramms dargestellt. Eine GeneratorJcammer 12 ist aus einer Wand Io eines beliebigen geeigneten hitzebeständigen elektrisch isolierenden Materials gebildet. In Richtung des gestrichelt eingezeichneten Pfeils A verläuft ein durch. Gleichstrom erzeugtes magnetisches Feld in der Kammer 12. Die Magnetanordnung (nicht dargestellt) ist außerhalb der Generatorkammer angeordnet. Etwa senkrecht zum Magnetfeld strömt ein heißes Arbeitsgas durch die Kammer 12. Das Arbeitsgas wird im allgemeinen auf eine Temperatur in der Größenordnung von 2.ooo Grad bis 3.ooo Grad K erhitzt und kann einen Anteil eines geeigneten Alkalimetalls enthalten, beispielsweise Kalium, um den heißen Gasstrom infolge seiner thermischen Ionisation elektrisch leitend zu machen. Zwei Elektroden 14,14 sind einander gegenüberliegend in der Generatorkammer 12 angeordnet. Infolge des Zusammenwirkens des heißen Gasstromes mit dem magnetischen Feld im Innenraum wird in bekannter Weise an den Elektroden elektrische Energie erzeugt.

Da das Arbeitsgas durch die Generatorkammer bei erhöhter Temperatur und mit hoher Geschwindigkeit strömt und außerdem ein stark

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korrodierendes Element, beispielsweise Kalium enthält, muß die die MHD Generatorkammer 12 bildende Isolierwand Io in hohem Maße widerstandsfähig gegen Hitze, Korrosion, Verschleiß, thermische Schocks, Wärme, Spannung, Oxydation usw. und außerdem ein guter elektrischer Isolator sein. Um diesen Forderungen zu genügen, war es bisher üblich, eine Isolierwand der in Figur 2 dargestellten Art zu verwenden. Hier sind die der Figur 1 entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Die in Figur 2 dargestellte Generatorkammer 12 weist einen zusammengesetzten Aufbau auf, und enthält eine Schicht 16 eines geeigneten hitzebeständigen, elektrisch isolierenden Materials, beispielsweise Alumina oder Magnesia Porzellan und einen Kühlmantel 18, der die äußere Oberfläche der Schicht 16 unmittelbar berührt. Eine geeignete Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, fließt durch einen Einlass 2o in den Kühlmantel 18 und durch einen Auslass 22 wieder heraus. Mit anderen Worten, die hitzebeständige elektrisch isolierende Wand, besteht aus der Isolierschicht 16 und dem Kühlmantel 18 und wird bei für die Wand zulässigen Temperaturen oder bei noch niedrigeren Temperaturen verwendet, indem man die Schicht mit Hilfe des Kühlmantels kühlt.

Es ist jedoch bekannt, daß Isolierwände, wie sie in Figur 2 dargestellt sind einen schlechten Kontakt zwischen dem Kühlmantel 18 und der Isolierschicht 16 aufweisen. Bei Vergrößerung

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der Schicht 16, besteht die Gefahr, daß die Schicht infolge von Unterschieden der Wärmeausdehnung, die ihre Ursache in den während der Erwärmungszyklon entstehenden Temperaturgradienten hsben,an verschieden Stellen, springt. Und dies führt zu Schwierigkeiten, die während der gesamten Benutzungszeit der Wand andauern. Insbesondere wird durch die Ausbildung von Zwischenräumen zwischen der Isolierschicht 16 und dem Kühlmantel 18 die Wärmeübertragung der Schicht 16 an den Kühlmantel 18 stark verringert, da die Wärmeleitfähigkeit, der in die Zwischenräume eindringenden Luft extrem niedrig ist.

Die Ausbildung solcher Zwischenräume kann bis zu einem gewissen Grad dadurch verhindert werden, daß man einen geeigneten feuerfesten Zement zwischen die Isolierschicht und den Kühlmantel nach dem Zusammenbau der Generatorkammer einfüllt. Dennoch bewirkt das durch die fertiggestellte Generatorkammer strc .mende heiße Arbeitsgas unvermeidliche Unterschiede der Wärmeausdehnungon in der Dicke der Isolierschicht, wodurch diese deformiert wird. Diese Deformation führt notwendigerweise zur Ausbildung von Zwischenräumen zwischen der Schicht und dorn Kühlmantel. Es sind daher Bestrebungen im Gange, bei MHD Generatoren, die für längere Betriebszeiten gedacht sind, wassergekühlte Isolationswände vorauseilen wie sie in Figur 3 dargestellt sind.

Die hitzebeständigo elektrisch isolierende Wand herkömmlicher

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Art ist in Figur 3 mit dem Bezugszeichen Io bezeichnet. Sie weist eine Vielzahlvon Kühlgliedern 24 auf in Form eines hexagonalen oder kreisförmigen Zylinders aus einem geeigneten Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Diese Kühlglißder sind zueinander ausgerichtet und in etwa gleichen Abständen, elektrisch isoliert voneinander derart angeordnet, daß zwischen ihnen Spalte vorliegen. Die Kühlglieder 24 sind fest mit einer Vielzahl zueinander ausgerichteten elektrisch isolierenden Gliedern 26 verbunden, die mit metallischen Gliedern 27 so abwechseln, ^ daß je zwei aneinander angrenzende Kühlclieder 24 auf gegenüberliegenden Seiten eines Isolierglieds 26 gehaltert sind. Das von dem zugeordneten Kühlglied entfernt liegende Ende jedes Isolierglieds 26 ist mit einem metallischen Glied 28 fest verbunden und in eine elektrische Isolation 3o eingebettet, die in Zwischenräume eingebracht ist, die zwischen je zwei aneinandergrenzenden metallischen Gliedern 27 vorliegen. Die nach außen zu liegen kommenden Oberflächen der Komponennten 27, und 3o liegen in einer Ebene und bilden gemeinsam die Außenwand der Isolierwand lo.

Wie in Figur 3 gezeigt, sind die Zwischenräume zwischen den Kühlgliedern 24 mit feuerfestem Material 32, beispielsweise mit Alumina-Zement ausgefüllt, so daß sie gemeinsam mit den Kühlgliedcrn 24 eine glatte Oberfläche, nämlich die innere Oberfläche der Wand bilden. Diese Oberfläche begrenzt die Generatorkammer 12 durch die das heiße Arbeitsgas in Richtung des Pfeils B strömt.

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Kühlungskanäle 34 verlaufen durch sämtliche metallische und isolierende Glieder 27 und 26, in der Weise, daß sie diejenigen Enden der Kühlglieder, die von der Generatorkammer abliefen "berühren. Ferner ist eine Vielzahl von Trennwänden 36 vorgesehen und zwar ist jedem Kühlglied eine Trennwand zugeordnet. Jede Trennwand 36 unterbricht den Kühlkanal 34 und ragt in eine in dem zugeordneten Kühlglied 24 ausgebildete Öffnung, so daß ein Kühldurchgang 38 gebildet wird, dessen beide Enden mit dem Kanal 34 in Vorbindung stehen. Um ein Auslaufen einer Kühlflüssigkeit an den Verbindungsstellen der isolierenden und metallischen Glieder 26, 24 und 27 zu verhindern, sind um jedes Isolierteil 26, beidseitig des Kühlkanals 34, je zwei O-Ringο 4o angeordnet. Fließt eine Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, bei der in Figur 3 dargestellten Anordnung durch den Kanal 34, dann prallt es gegen die hintereinander angeordneten Trennwände 36, die es in die Durchgänge 38 leiten, so daß die eiitsrpcchcnden Kühlglieder 24 gekühlt werden.

Bei einer solchen Wand verursachen der Beginn und die Beendigung der Einleitung eines heißen Arbeitsgases in die Generatorkammer 12, oder Veränderungen des Gaszustandes oder Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit und der Temperatur der Kühlflüssigkeit usw. thermische Schocks und Wärmespannungen in den Materialien aus denen die Komponenten 24, 26 und 32 bestehen. Hierdurch werden in dem feuerfesten Material 32 Risse und zwischen dem feuerfesten Material und dem angrenzenden Kühlgliod

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24 Zwischenräume entstehen* Deshalb muß man befürchten, daß das feuerfeste Material 32 zu einem Teil in die Generatorkammer 12 gelangen kann*

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, die aufgezeigten Nachteile zu überwinden und eine hitzebeständige elektrisch isolierende Wand mit verbessertem Kühleffekt zu schaffen, bei der ein Springen infolge von Wärmeausdehnungen und Schrumpf- ^ ung während der thermischen Zyklen verhindert ist und die außerdem nur geringe Wärmeverluste bei einfacherer Konstruktion aufweist.

In Figur 4 sind diejenigen Komponenten, die mit den in Figur 3 dargestellten übereinstimmen oder diesen entsprechen mit gleichen Bezugszeichen versehen. Gemäß einer Ausbildungsform der Erfindung umfasst eine hitzebeständige elektrisch isolierende Wand 10 eine Vielzahl isolierender Wandblöcke 42 in Form eines etwa hoxagonalen oder kreisförmigen Zylinders oder eines Würfels aus einem beliebigen geeigneten hitzebeständigen elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus Alumina, Magnesia oder Beryllia-Porzellan, die zueinander ausgerichtet in etwa gleichen Abständen voneinander angeordnet sind, so daß zwischen ihnen schmale Spalte vorliegen.

Gemäß der Erfindung weist jeder Isolierblock 42 auf seiner von der Generatorkammer 12 entfernt liegenden Oberfläche eine

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metallisierte Schicht 43 auf, die in Figur 4 übertrieben dargestellt ist. Die Metallisierung dieser Endflächen der Isolierblöcke 42 kann dadurch erreicht werden, daß auf diese Oberflächen ein Molybdän- oder Manganpulver aufgebracht wird und die Blöcke dann zusammen mit dem aufgebrachten Pulver in Wasserstoffatmosphäre bei etwa 15oo°C gebrannt werden, so daß sich Sintermetallschichten 43 bilden, die mit dem Isolierblock fest verbunden sind aufgrund der sich dabei ausbildenden Zwischenschichten. Jeder Block 42 wird dann mit seiner metallisierten Oberfläche 43 fest mit einem metallischen Kühlglied 24, wie es oben beschrieben wurde, beispielsweise durch Verlöten verbunden. Das Kühlglied 24 besteht vorzugsweise aus einem Metall mit einem Wärmeausdehnungskoeffizient, der dem für die Blöcke 42 verwendeten Material etwa gleicht. Hierzu sind beispielsweise folgende Metalle geeignet: Kovar- (Wa-.renzeichen)-Legierung, Nickel-Chromlegicrunsen, Kupferlegierungen, Molybdän usw.

Nach Figur 4 sind je zwei aneinander angrenzende metallische Kühlglieder 24 auf ihren einander gegenüberliegenden Seiten mit einem Vorsprung 44 eines Metallblocks 46 verbunden, durch den sich ein Kühlkanal 34 erstreckt. Dabei können die Metallglieder 24 mit den entsprechenden Vorsprüngen 44 verlötet sein. Es ist aber auch möglich, sie an den Vorsprüngen mittels CD-Ring ü aufweisenden Schrauben (nicht dargestellt) zu befestigen, um ein Ausfließen der Kühlflüssigkeit an der Verbindungsstelle

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- 14 der Glieder 24 und 44 zu vorhindern. In di^-zwischen je zwei aneinander angrenzenden Isolierblock- und Kühlgliodkombinationen 42 - 24 ausgebildeten Spalte ist ein feuerfestes Material 32 beispielsweise Alumina- oder Magnesiazement eingebracht. Im übrigen ist die Anordnung praktisch der in Figur 3 dargestellten gleich. Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, daß die Spalte zwischen den metallischen Kühlgliedern 24 im Vorgleich zu denjenigen zwischen den Blöcken 42 in Querrichtung groß sind und bilaterale Ausdehnungen aufweisen.

Da der Teil der Isolierwand Io der dem heißen Arbeitsgasstrom ausgesetzt ist, aus einer Vielzahl isolierender Blöcke 42 gebildet ist, deren metallisierte Schichten 43 mit den metallischen Kühlgliedern 24 verbunden sind und durch das durch den Kanal 34 und die Durchgänge 38 in dem metallischen Block 46 und in den metallischen Gliedern 24 fließende Kühlmittel wirksam gekühlt werden, kann die Wäremübertragung an den zwischen den Isolierblöcken 42 und den Kühlcliedern 24 befindlichen Grenzflächen vorbessert werden, so daß ein Springen der Blöcke aufgrund ihrer Wärmeausdehnung vermindert und ferner der Wärmevorlust verringert worden. Außerdem ist der Aufbau der Wand relativ einfach. Selbst wenn das zwischen je zwei aneinandergrenzonde metallische Glieder 24 eingebrachte feuerfeste Material 32 infolge seiner Wärmeausdehnung und Konstruktion "brocheii sollte, wird doch vcrhiiiiert_t äaß der gebrochene feil aus der fand in die Öeneratorlceiaaier

Die dargestellte Anordnung ermöglicht, daß die Isolierblöcke 42, die dem Strom des heißen Arbeitsgasos ausgesetzt sind eine Temperaturregelung erfahren, indem man die Breite der Blöcke und die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels einstollt.

Fi-jur 5 zeigt eine weitere Ausbildungsform der Erfindung, bei der jedes metallische Kühlglicd 24 mit einer Vielzahl hitzebeständiger, elektrisch isolierender Blöcke 42 verbunden ist, die abwechselnd mit einem feuerfesten Material 32, ähnlich dem feuerfesten Material 32, angeordnet sind. Im übrigen entspricht die Anordnung der in Figur 4 dargestellten.

Figur 6 zeigt einen einfacheren Aufbau der orfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der eine Vielzahl hitzebeständiger, elektrisch isolierender Blöcke 42 mit feuerfesten Schichten 32 abwechseln, die aus einem ähnlichen Material bestehen, wie bei den in den Figuren 4 und 5 dargestellten Anordnungen verwendet wurde. Sie sind unmittelbar mit einem kombinierten Träger und Kühlblock 46 über die metallisierten Oberflächen 43 der Blöcke verbunden. Ein Kühlkanal 34 erstreckt sich durch den Block

Es ist zu verstehen, daß dann wenn die hitzebeständigen, elektrisch isolierenden Blöcke und das feuerfeste Material wie in den Figuren 4 bis 6 gezeigt, Wasser absorbieren, auch die Kaliumverbindungen und der in einem Arbeitsgas enthaltene Wasserdampf während des Betriebs in sie eindringen. Hierdurch

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ist jedoch zu befürchten, daß sich die Isolicreigenschaften der Blöcke und des feuerfesten Materials verschlechtern und daß das feuerfeste Material auch teilweise in die Generatorkammer 12 gelangt. Um diesen Nachteil zu verhindern, wird gemäß der Erfindung eine Anordnung wie sie in Figur 7 gezeigt ist, geschaffen.

Die Anordnung nach Figur 7 zeigt eiaen hitzebeständigen, elektrisch isolierenden Überzug 48, der auf die Innenflächen der isolierenden Blöcke 42 und der feuerfesten Schichten 32 aufgebracht ist. Der Überzug 48, kann durch Aufbringen eines Pulvers, dos gleichen Materials wie es auf den gegenüberliegenden Oberflächen der Blöcke verwendet wurde mit Hilfe einer Plasina-Jet Vorrichtung (nicht dargestellt) erzeugt werden. Beim Betrieb kommt der Überzug 48 unmittelbar mit dem Arbeitsgas in Berührung und verhindert, dass Kaliumverbindungen und Wasserdampf, die in dem Gas enthalten sind, in die Isolicrblöcke und die feuerfesten Schichten eindringen.

Es soll ferner daraufhingewiesen werden, daß das metallische Kühlglied in Fi^ur 7 einen U-förmigcn Querschnitt aufweist und im Vergleich zu den in den Figuren 4 und 5 dargestellten Gliedern dünn ausgebildet ist. Das die beiden Schenkel des U-vcrbindende Glied des Kühlglicds 24 ist mit der metalisierten Oberfläche 43 jedes Isolierblocks 42 verlötet, während die beiden Schenkel an ihren Enden mit einem metallischen Träger

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25 verbunden sind, um einen Teil eines Kühlmittcldurcligangs 38 zu bilden. Im übrigen entspricht die Anordnung den in Figur 4 odor 5 dargestellten.

Die Kühlglieder 24 weisen ira allgemeinen einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf als die Blöcke 42 und werden aufgrund dieses Unterschieds während der Erwärmungszyklen stark in Anspruch genommen. Um eine solche Beanspruchung der Kühlglieder 24 zu ermöglichen, sind sie so dünn gemacht, wie es ihre mechanische Festigkeit zulässt. Vorzugsweise wird für die Kühlglieder ein Material ausgewählt, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient sich dem des für die hitzebeständigen elektrisch isolierenden Blöcke 42 verwendeten Materials annähert. Geeignete Materialien sind beispielsweise Nickellegierungen, Molybdän, Kupfer und rostfreier Stahl.

Auch in Figur 8 sind diejenigen Bauteile, die mit den in den Figuren 4 und 5 dargestellton Bauteilen übereinstimmen oder diesen entsprechen mit gleichen Bezugszeichen verschen. In Figur 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, welches sowohl in Bezug auf seine mechanische Festigkeit als auch auf seine elektrische Isolierfähigkeit verbessert ist. Die Anordnung umfasst eine Vielzahl unter sich gleich aufgebauter Einheiten, die mit einem einzigen Träger und Kühlblock 46 verbunden sind, durch den ein Kühlkanal 34 verläuft. Eine dieser Baueinheiten ist im Längs- und Querschnitt

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in den Figuren 9 bzw. Io dargestellt. Jode Baueinheit umfasst einen hitzebeständigen, elektrisch isolierenden Block 42 wie oben beschrieben, ein metallisches Kühlglied 24 in Form einer dünnen Folie, die an der metallisierten, rückwärtigen Oberfläche 43 des Blocks 42 verlötet ist und ferner einen durchbohrten Träger 5o aus Metall, der mit den Blöcken hermetisch derart verlötet ist, daß zwischen beiden ein schmaler Spalt bleibt. Der Träger 5o weist zwei Längsbohrungen 51 und 52, die mit dem Spalt in Verbindung stehen und ferner zwei seitliche Bohrungen, 53 und 54 auf, die mit den Längsbohrungen 51 bzw. in Verbindung stehen und einen Kühldurchgang, wie oben beschrieben bilden. Die Träger 5o sind dicht mit einem gemeinsamen Kühlblock 46 beispielsweise durch Schweißen oder Löten verbunden. Durch diesen Kühlblock verläuft ein Kühlkanal 34 so, daß er mit den Bohrungen 53 bzw. 54 in Verbindung steht. Wie bisher üblich, sind zwei O-Ringe 4o um jeden Träger 5o, zu beiden Seiten des Kanals 37 angeordnet.

Die Dicke des Blocks 42 wird durch die Wärmeleitfähigkeit des Materials, aus dem er besteht, und die Arbeitsbedingungen dos Arbeitsgases usw. bestimmt. Sie beträgt vorzugsweise etwa Io mm. Das Kühlglied 24 wird vorzugsweise so dünn wie möglich gemacht und zwar aus den zu Figur 7 genannten Gründen. Besteht das Kühlglied 24 aus Molybdän, dann ist seine Dicke, vorzugsweise 0,5 mm oder weniger.

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Wie in Figur 8 gezeigt, sind die zwischen je zwei aneinander angrenzenden Isolierblöcken 42 befindlichen Spalte mit einem geeigneten feuerfesten Material 32, wie oben beschrieben ausgefüllt. Die zwischen jo zwei aneinander grenzenden Trägern 5o befindlichen Spalte, sind mit einem elektrisch isolierenden Material 33, beispielsweise einem Epoxy-Harz ausgefüllt. Experimente zeigten, daß Stellen in dor Wand Io, die etwa 5 und Io mm von der dem heißen Arbeitscäs ausgesetzten Oberfläche entfernt liegen, Temperaturen von ungefähr 15o° bzw. Ho⁰ C aufwiesen. Hieraus ergibt sich, daß ein Kunstharz beispielsweise Epoxyharz mit relativ geringer Feuerfestigkeit dazu verwendet werden kann, um die Spalte zwischen den Trägern auszufüllen, die auf geringeren Temperaturen liegen, um zu verhindern, daß die elektrische Isolation herabgesetzt wird. Würde in den Spalten zwischen den Trägern ein feuerfestes Material, wie Alumina oder Magnesiazement verwendet, so ist zu befürchten, daß sich die elektrischen Eigenschaften dieses Materials aufgrund seiner Wasserabsorption verschlechtern und daß das Material wie oben beschrieben, während des Betriebs in die Generatorkammer gelangt. Dcim Gebrauch eines synthetischen Kunstharzes ist dies nicht zu befürchten.

Es wurden mit hitzebeständigen, elektrisch isolierenden Wänden, die der in den Figuren 8 bis Io dargestellten Wand Io entsprechend unter Arbeitsbedingungen, die von einer Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma-Jets geschaffen wurden und wesentlich

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strongerc Anforderungen stellten, als die Erwänuungszylclen eines ipGQ^G9n^ato3r.e-^:Y9i^t8uol^:'aiia£^fUlirt*'''Hlutbpi ifrurdo ein Plasma-VTet auf eine fand gerichtet, die eine Vielzahl von hiteeb(|»tändigön_t elcktariücltieölicriäadän BjÖokbn^ iottthidltV welohe aus Aluminaporzollan mit Durchmessern von 5ö mm und Dicken von β am bestanden* Die Obcrflächentotaporatur der fand betrug zwischen 15oo° und 2.ooo° C bei einem Wanneverlust von 15o bis 18o Watt/cm . Die Blöcke und die feuerfesten Schichten erhielten keine Sprünge.

Bei der_: in Figur 11 dargeeteiltcn Vorrichtung sind für Komponenten, die den in Figur 8 dargestellten Komponenten entsprechen gleiche Begugszeichenigowählt, Die Anordnung der Figur 11 entspricht im wesentlichen den in den Figuren 8 bis Io gezeigten, abgesehen davon, daß die unmittelbar mit einem Metallträger 5o über ein dünnes Kühlglied verbundenen Blöcke weggelassen sind. In diesem Fall dienen die Träger als Kühlglieder. Die von der Generatorkammer abliegenden, rückwärtigen Oberflächen jedes Blocks 42 sowieTeile, der an diese rückwärtige Oberfläche angrenzenden Seitenwände sind metallisiert. Diese metallisierten Oberflächen sind mit einem Kühlblock 46 verlötet. Auf diese Weise worden die Blöcke unmittelbar gekühlt, so daß sich eine Verbesserung der Kühlwirkung zeigt.

• Figur 12 zeigt eine Anordnung, ähnlich den in den Figuren 8 bis Io dargesteilton; die entsprechenden Komponente sind daher

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mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Anordnung weist in ähnlicher Jcise eine Vielzahl von Wandeinheiten einer unter sich gleichartigen Konstruktion auf, die mit einem einzigen Kühlblock verbunden sind. Eine der Wandeinheiten ist im Läugsschnitt in Figur 13 dargestellt. Durch verschiedene Ebenen gelegte Querschnitte sind in den Figuren 14 und 15 dargestellt. Jeder hitzebeständige, elektrisch isolierende Block 42 weist auf der, der Gener_atorkammor abgelegenen Oberfläche eine Metallisierung auf und ist mit einem metallischen Kühlglied 24 in Form einer dünnen Folie vorlötet. Eine Hülse 56 aus Metall verbindet die Blöcke 42 und das Kühlgliod 24 mit einem ringförmigen elektrisch isolierenden Glied 58, dessen Aussenflache ausgekehlt ist, um einen engen Durchgang zu bilden.

Das obere Ende dos Isolierglieds 58, welches zur Hülse 56 hinweist, ist metallisiert und mit der Hülse verlötet oder verschweißt. Das Isoliorglied 58 ist über einen I/:etallträger 5o mit einem gemeinsamen Kühlblock 46 verbunden, wie oben in Bezug auf die Figuren 8 bis Io beschrieben wurde. Das untere Ende des Isolierglieds 58, welches zum Träger 5o hinweist, ist ebenfalls rnetalisiert und mit diesem verlötet oder verschweißt.

Zur Bildung von Kühldurchgängen 38 für jeden Block 42 ist der Träger 5o in der gleichen '"/eise, wie bei Figur 9 beschrieben durchgebohrt. Seine Längsbohrungen 51 und 52 stehen mit dem Spalt über die entsprochenden durch das Isoliurglied verlau-

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fcnden Bohrungen, die mit diesem ausgerichtet sind, in Verbindung. Im übrigen entspricht die Anordnung den in Figuren bis Io beschriebenen.

Die Verwendung des Isolicrglieds 58 verbessert die Isolationscigenschaften der Wand.

Wenn die Erfindung auch nur in Verbindung mit einigen vorzugsweisen Ausführungsboispiclcn beschrieben wurde, so können doch zahlreiche Änderungen vorgenommen werden, ohne den durch die Erfindung gesteckten Rahmen zu verlassen. Beispielsweise können die metallischen Kühlglieder 24 mit dem Kühlblock 46 durch Schrauben oder durch Verschweißen verbunden sein. Dies gilt auch für die Verbindung von anderen Metallteilen. Zwar wurde die Erfindung im Zusammenhang mit einer Generatorkammer beschrieben, sie kann jedoch auch bei Verbrennungskammern, Bcschleunigungsdüscn, Diffussionsröhren und anderen Vorrichtungen, bei denen ein heißes Gas verv/endet wird gebraucht v/erden.

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Claims (6)

Pat cat anspräche

1. HitζcbGständige elektrisch isoliorundc Wand dadurch gekennzeichnet ,.daß iaiiidqstc|i6 . GinbitzQfcoständigGr elektrisch isolierender Bloqk (42) vorgesehen ist, dessen eine Oberfläche einem heißen Gas ausgesetzt und dcseon dieser Oberfläche gegenüberliogohdo Oberfläche metallisiert (43) ist, daß ein metallisches Kühlglled (24) mit der metallisierten Oberfläche des Blocks (42) verbunden ist und daß eine Kühlvorrichtung (46, 34) mit einer Kühlflüssigkeit zur Kühlung | der metallischen Glieder (24) vorgesehen ist.

2. Hitzeboständigc elektrisch isolierende Wand dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl hitzobeständiger, elektrisch isolierender Blöcke (42) vorgesehen sind, die zueinander ausgerichtet und in etwa gleichen Abständen voneinander der art angeordnet sind, daß zwischen ihnen Spalte vorliegen, wobei eine Oberfläche jedes Blocks (42) einem heißen Gas ausgesetzt und dieser Oberfläche gegenüberliegende Oberfläche metallisiort (43) ist, daß ein metallisches Kühlglied (24) mit der metallisierten Oberfläche (43) jedes Blocks (42) verbunden ist, daß ein feuerfestes Material (32) in die Spalte zwischen den Blöcken (42) gefüllt ist, und daß eine Kühlflüssigkeit enthaltende Kühlvorrichtung (46,

34) zur Kühlung der metallischen Glieder (24) vorgesehen ist.

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3. Hitzeboständige elektrisch isolierende Wand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfeste Schicht aus dem gleichen Material wie die hitzeboständigen elektrisch isolierenden.Blöcke besteht und daß ein aus diesem Material "bestehendes Pulver auf die eine Oberfläche jedes Blocks und auf die damit fluchtenden Oberflächen der feuerfesten Schichten, zur Bildung einer zusammenhängenden Schicht aufgebracht ist, die dem heißen Gas auszusetzen ist.

w 4. Hitzebeständige elektrisch isolierende Wand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Material, die zwischen den Blöcken liegenden Spalte bis zu einer vorgegebenen Tiefe, ausgehend von der dem heißen Gas aus gesetzten Oberfläche, füllt und daß der restliche Teil jedes Spalts mit einem Kunstharz ausgefüllt ist.

5. Hitzebeständige elektrisch isolierende \7and, dadurch gekennzeichnet, daß eine Violzahl hitzebeständiger elektrisch isolierender Blöcke (42) vorgesehen ist, die zueinander ausgerichtet und in etwa gleichen Abständen voneinander derart angeordnet sind, daß zwischen ihnen Spalte vorliegen, wobei eine Oberfläche jedes Blocks einem heißen Gas ausgesetzt und die dieser Oberfläche gegenüberliegende Oberfläche metallisiert (42) ist, daß ein einen Kühlkanal (34) führender Träger (46) mit der metallisierten Oberfläche (43) jedes Blocks (42) verbunden ist, daß ein feuerfestes Material (32)

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feuerfestes Material (32) die zwischen den Blöcken vorliegenden Spalte von der heißen Oberfläche ausgehend, bis zu einer gewissen Tiefe füllt und daß der restliche Teil jedes Spalts von einem Kunstharz gefüllt ist und daß eine Kühlflüssigkeit durch den Kühlkanal (34) zur unmittelbaren Kühlung der Blöcke (42) fließt.

6. Hitzebeständige elektrisch isolierende Wand, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl hitzebeständiger elektrisch isolierender Blöcke (42) vorgesehen ist, die zueinander ausgerichtet und in etwa gleichen Abständen voneinander derart angeordnet sind, daß zwischen ihnen Spalte vorliegen, wobei eine Oberfläche jedes Blocks einem heißen Gas ausgesetzt und die dieser Oberfläche gegenüberliegende Oberfläche metallisiert (43) ist, daß ein metallisches Kühlglied (24) mit der metallisierten Oberfläche (43) jedes Blocks (42) verbunden ist, daß ein elektrisch isolierendes ringförmiges Glied (58) mit jedem metallischen Glied (24) verbunden ist, wobei dor mit dem metallischen Glied zu verbindende Oberflächcntuil dos isolierenden ringförmigen Glieds (58) metallisiert ist, daß das isolierende ringförmige Glied (58) mindestens einen Kühlkanal (51, 52) aufweist, daß ein feuerfestos Material die zwischen den Blöcken vorliegenden Spalte von der heißen Oberfläche ausgehend bis zu einer gewissen Tiefe füllt und daß der rostliche Teil jedes Spalts von einem Kunstharz gefüllt ist und dass eine Kühlflüssigkeit durch den oder die Kühlkanäle zur unmittelbaren Kühlung der metallischen Gliodor (24) fließt.

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