DE3320709A1

DE3320709A1 - Elektrischer brenner fuer oxidierenden ofen

Info

Publication number: DE3320709A1
Application number: DE3320709A
Authority: DE
Inventors: Joseph W. Signal Mountain Tenn. Bolton; Richard E. Hixson Tenn. Burke; Edward H. Kissimmee Fla. Harris
Original assignee: Hudson Wire Co
Current assignee: Hudson Wire Co
Priority date: 1982-06-10
Filing date: 1983-06-08
Publication date: 1983-12-15
Also published as: GB2121937B; JPS594813A; IT1167181B; IT8321423A0; GB2121937A; GB8314033D0; IT8321423A1; FR2528544A1; BR8303080A; KR840005203A; US4398472A

Description

Elektrischer Brenner für oxidierenden Ofen

Diese Erfindung betrifft Hochtemperatur-Elektrobrenner und insbesondere einen elektrischen Brenner zum Eindicken bzw. Verdampfen, zum Trocknen bzw. Aushärten und zum Veraschen schädlicher und flüssiger Gase in einem Ofen, so daß jene Gase, die den Ofen verlassen, im wesentlichen saubere Vierte aufweisen.

Es müssen beispielsweise in öfen zur Herstellung emailüberzogenen Drahtes außerordentlich hohe Temperatüren erzeugt werden, um jene flüchtigen Gase zu oxidieren, die dem Lösungsmittelträger entstammen. Beim Verfahren der Drahtbeschichtung wird die Beschichtung

¹^ in einem flüssigen Lösungsmittel oder Träger gelöst oder suspendiert, und der Draht wird durch dieses Bad hindurchgeführt, um einen gleichmäßigen überzug zu erhalten. Ein nasser Film liegt demzufolge auf dem Draht vor, welcher nachfolgend durch den Ofen hindurchgeleitet wird, um das Lösungsmittel oder das Trägermittel zu verdampfen und das verbleibende, feste Uberzugsmaterial zu trocknen bzw. auszuhärten.

Es ist seit einiger Zeit ,bekannt, daß die getrennte Steuerung des Verdampfungs- und Aushärtungsprozesses

erforderlich ist, um Draht bei hohem Behandlungsvolumen mit guten Ergebnissen zu erhalten. Zu diesem Zweck sehen öfen aus dem Stand der Technik getrennte Verdampf ungs- und Aushärtungszonen vor, wobei der Draht 30

zuerst durch die Verdampfunaszone hindurchacleitet wird, durch das Gas, das nahe dem Drahteinlaß eintritt/ erhitzt wird, und dann durch die Aushärtungszone geleitet wird, die durch Gas erhitzt wird, welches neben dem Auslaß eintritt, wobei das Gas die Arbeitskammer durch einen gemeinen Auslaß zwischen den Zonen verläßt. Da Dampf und Ausdünstungen aus dem Lösuncrsmittel, die unangenehm wenn nicht gar schädlich sind, vorn Verfahren freigesetzt werden, werden jene Gase, die die Zonen ver-

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lassen, zurückgeführt und entweder zu einer Brennkammer und durch einen katalytischen Brenner oder zu einer Flamme geleitet, die von einem Hochtemperatur-Naturgasbrenner erzeugt wird, und zwar für einen ausreichenden Zeitraum, damit die flüchtigen Dämpfe und Ausdünstungen oxidiert werden. Katalytische Oxidierungsöfen sind dargestellt in den US-PSen 3 351 329 (THOMAS), 3 183 605 (ARGUE ET AL), 3 183 604 (STAUFFER), 3,106,386 (HARRIS),

2 921 778 (RUFF) und 3 265 033 (TOUZE ET AL). Öfen, die mit einem nicht katalytischen, oxidierenden Brenner für Naturgasbrennstoff aufgebaut sind, sind in den US-PSen

3 810 736 (DUMAS) und 4.303 387 (BURKE ET AL) dargestellt.

In vielen Bereichen der Welt, welche auch viele der

Entwicklungsnationen umfassen, sind jedoch Naturgas und i Öl nicht ohne weiteres oder billig verfügbar. Da aber ι verfügbare Energiequellen bei der Herstellung von '. elektrischem Strom verwendet werden, ist Elektrizität } ^z^ an solchen Stellen zur Verwendung in Industrieprozessen ' durchaus verfügbar. Zu diesem Zeitpunkt sind jedoch keine effektiven elektrischen Brenner verfügbar, die in der Lage wären, flüchtige Dämpfe und Ausdünstungen zu • oxidieren, wie etwa jene, die beim Draht-Eiuaillierungsverfahren freigesetzt werden.

Es ist demzufolge ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, einen elektrischen Brenner vorzusehen, der bei extrem hohen Temperaturen arbeitet, um flüchtige Dämpfe · '

und Ausdünstungen zu oxidieren.

Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, einen elektrischen Brenner vorzusehen, der eines oder mehrere Zündelemente aufweist, die bei außerordentlich hohen Temperaturen arbeiten, um flüchtige Hase in Brand! zu setzen bzw. zu zünden, die den Brenner durchströmen.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfinduncr,

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einen elektrischen Brenner für einen Emaillierungsofen vorzusehen, um einen rückgeführten Luftstrom, der Ausdünstungen und flüchtiges Gas trägt, derart zu zünden und zu oxidieren, daß die flüchtigen Dämpfe und Gase

im wesentlich verascht werden.

Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen elektrischen Brenner für einen Ofen vorzusehen, in welchem ein Gasstrom der Wärme des Brenners für eine hinlänglich lange Zeitdauer ausgesetzt wird,

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um Ausdünstungen und flüchtige Bestandteile im Gasstrom auf im wesentlichen saubere, zur Freisetzung geeignete Werte zu oxidieren.

Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfin- · dung, einen elektrischen Brenner vorzusehen, der eine Vielzahl von elektrischen Heizelementen aufweist, die zum überhitzen eines lösungsmittelbeladenen Gasstromes angeordnet sind, wobei die Heizelemente um mindestens

einen elektrischen Zünder herum angeordnet sind, der

bei außerordentlich hoher Temperatur arbeitet, um die Gase zu zünden, wobei der Brenner Schaufeln aufweist, um dem Gasstrom einen derartigen Wirbel mitzuteilen,
daß die Gase den Heizelementen und dem Zünder für eine

hinlänglich lange Zeitdauer zum Oxidieren der Gase ausgesetzt sind.

In Übereinstimmung mit den Grundlagen der Erfindung

ist ein elektrisch erregter Brenner vorgesehen, der
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eine Glühkerze aufweist, mit einem wesentlichen

zylindrischen Gehäuse, das eine Anzahl radialer
Schaufeln trägt, um den Gasen, die durch Öffnungen im Gehäuseumfang eintreten, ein wirbelartiges Rotations-

strömungsmuster mitzuteilen, wobei das Innere des Ge-35

häuses mindestens eine, für äußerst hohe Temperaturen eingerichtete, elektrische, sich in Längsrichtung erstreckende, mittig angebrachte Keramik-Zündeinheit aufweist, die von einer Vielzahl sich in Längsrichtung er-

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streckender, elektrischer Widerstands-Keizelemente umgeben sind- Das Aufheizen des mit flüchtigem Gas beladenen Luftstromes wird sowohl durch die Widerstandselemente als auch durch die keramischen Zünder bewirkt, wobei die Widerstandselemente zum überhitzen des

Stromes dienen und die mittig angebrachten Zünderelemente bei äußerst hohen Temperaturen zum Zünden der Gase arbeiten. Das untere Ende der Brenner-Glühkerze unterhalb des mit Schaufeln versehenen Abschnittes weist IQ.. einen konisch geformten Kreisring auf, der sich vom Umfang des Gehäuses aus erstreckt, um die Gase zur Mitte derart zu lenken, daß die Gase die unteren Enden der Heizeinheiten nicht umgehen.

¹^ In der bevorzugten Form der Erfindung sind die Schau-fein von einer Reihe von Platten getragen, die mit Längsabstand angeordnet sind und öffnungen aufweisen, durch welche sich alle die Heizeinheiten einzeln erstrecken, um ihre Trennung aufrechtzuerhalten und einen starren

Aufbau zu liefern.

Die Glühkerzenelemente werden von einer Stirnplatte an ihrem oberen Ende getragen und können innerhalb einer Zylinderschale in einem Ofen angeordnet sein, wobei der

untere Abschnitt der Glühkerze eine Schürze aufweist, welche gemeinsam mit zusammenwirkenden Elementen der Schale eine Labyrinthdichtung bildet. Die Schale bildet einen Abschnitt eines Ofen-Brennrohres und ist innerhalb einer Brennerrohr-Leituno angeordnet. Das Brenner-

rohr liefert die im wesentlichen saubere Hochtemperaturluft zu einer oder mehreren Luftkammergehäusen, welche eine Verbindung der Luft mit dem Draht herstellen, an welchem die Luft wiederum die Beschichtungs-Lcsungs-

mittel aufnimmt, wenn das Lösungsmittel verdamoft und "

die Beschichtung aushärtet. Die gasbeladene Luft wird zur Brennerrohr-Leitung zurückaeüeitet und tritt in die Löcher in der Schale ein, welche mit den Löchern im Glühkerzengehäuse in Verbindung ^stehen, wobei die

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Löcher allmählich in ihrer Größe zum oberen Ende des Ofens hin zunehmen.

Die speziellen Merkmale und Vorzüae der Erfinduna sowie auch andere Ziele werden aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich, wenn diese im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen herangezogen wird, in welchen:

Fig. 1 die Ansicht eines Vertikalschnitts durch

einen Ofen zum Trocknen und Aushärten eines emaillierten Drahtes ist, der eitlen elektrischen Brenner umfaßt, der in Übereinstimmung mit den Grundlagen der vorliegen-1.5 den Erfindung aufgebaut ist,

Fig. 2 die Ansicht eines horizontalen Querschnitts ist, der im wesentlichen längs Linie 2-2 in Fig. 1 vorgenommen wurde,

Fig. 3 die Ansicht eines horizontalen Querschnitts ist, der im wesentlichen länas Linie 3-3

in Fig. 1 vorgenommen wurde, Fig. 4 eine vergrößerte Perspektivansicht des Brenners und eines oberen Teils des Brennerabschnitts des Ofens ist, wobei Teile hiervon abgebrochen und angeschnitten sind,

Fig. 5 eine Ansicht eines Forizontal-QuerSchnitts ist, der im wesentlichen längs Linie 5-5 der Fig. 1 vorgenommen wurde, und

Fig. 6 die Ansicht eines vertikalen Querschnitts

ist, der im wesentlichen länes Linie 6-6

in Fig. 5 vorgenommen wurde.

Ein Brenner, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, kann auf dem Bereich eines

Trocknungs- und Härteofens genutzt werden und ist somit in Verbindung hiermit offenbart. Der spezielle Ofen kann einer mit einer einziaen Luft- und Arbeitskammer sein, weist aber bevorzugt ein Paar Luftkammern auf,

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^ die einzeln eine jeweilige Arbeitskammer derart speisen, wie dies bei dem Ofen der Fall ist, der in ÜS-PS 4 30 3 387 (BURKE) dargestellt ist, wobei dieses Patent auf den Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung übertragen wurde. Obwohl eine vollständige Beschreibung des Ofens mit einem gasgezündeten bzw. beheizten Brenner durch Bezugnahme auf das oben erwähnte US-Patent (BURKE ET AL) vorgenommen werden kann, v/erden für das volle Verständnis der Erfindung bei dem bevorzugten Anwendungsbereich bestimmte Einzelheiten des Ofens auch hier beschrieben. Man soll allerdings nicht davon aus-- ■ gehen, daß die Erfindung auf einen solchen Anwendungsbereich beschränkt ist, da ein Brenner, der die Grundlagen der Erfindung aufweist, auch in anderen öfen ver-

¹^ wendet werden kann, bei welchen das Erfordernis vorliegt, eine Gasverschrnutzung zu veraschen.

Der Ofen weist'gemäß der Darstellung in Fig. 1 bis 3 einen tragenden Rahmen auf, der mehrere, sich vertikal

erstreckende Kanalteile 12 und 14 aufweist, die an jedem Eck aneinander befestigt sind und an tragenden Teilen 16 bzw. 18 an der Ober- bzw. Unterseite hiervon befestigt sind. Eine Anzahl mit Vertikalabstand angeordneter Kanalteile 20 ist an angrenzenden Kanälen 14

befestigt und mit diesen verbunden, um einen baulichstarren Skelettrahmen zu bilden. An den Außenflächen der Rahmenanordnung rund um die gesamte Rahmenanordnung des Ofens mit Ausnahme der Drahtbearbeitungskammern 22, 24 ist eine Außenhaut 26 anaeordnet und befestiat, ....

welche Stahlblech umfaßt. In ähnlicher Keise bildet eine Außenhaut 28 die obere Fläche des Ofens, während eine Isolierung 30 rund um das Innere der Außenhaut angeordnet sein kann.

Die Rahmenanordnung umfaßt gemeinsam mit dem Wandaufbau ein starres Gehäuse, innerhalb welchen eine Anzahl bevorzugt inodulartig ausgebildeter Elemente derart angeordnet ist, daß ein Mindestmaß an Berührung zwischen den

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Durch die Platte 72 hindurchgehend sind an jeder Seite des Trägers 70 vier mit Abstand angeordnete Öffnungen (nicht dargestellt) ausgebildet, welche die Arbeits-

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inneren Bestandteilen und dem äußeren Aufbau vorliegt.

Somit ist im Inneren des Ofengehäuses in einer im ;

wesentlichen mittigen Anordnung eine Brennerrohr-Leitung

oder ein Brennergehäuse angeordnet, welches allgemein ^!

mit 32 bezeichnet ist und eine allgemein rechteckige j Querschnittsausbildung aufweist, wie es am besten in ' j

Fiel. 3 dargestellt ist. Das Brennerrohrqehäuse umfaßt |

eine Vorder- und Rückwand 34 bzw. 36 und Seitenwände 38 | und 40, wobei das Brennerrohrgehäuse bevorzugt eine i

Anzahl von Stahlblechabschnitten umfaßt, die vertikal miteinander zusammengesetzt sind. An jeder Seite des Brennerrohrgehäuses ist entsprechend eine rechte bzw. linke Luftkammer 42, 44 angeordnet, die jeweils aus |

einer Anzahl von Abschnitten aus Stahlblech aufgebaut

¹^ ist, die aneinander befestigt sind, um einen in Vertikalrichtuncr länglichen Luftraum zu bilden. Jede Luftkammer 42, 44 umfaßt, wie am besten in Fig. 3 dargestellt ist, eine nach oben stehende äußere Seitenwand 46 bzw. 48, an deren Außenkante jeweils eine sich nach außen erstreckende Lippe 50, 52 angebracht ist, und zwar zu einem Kantenkanalteil 14 hin. An der Rückseite der Luftkammern weisen die Wände 46, 48 einen Wandabschnitt 54, 56 auf, der sich einwärts zum Brennerrohrgehäuse 32 hin erstreckt und in einer Wand 58, 60 endet, die sich von der jeweiligen Wand 54, 56 vorwärts zu einem anderen Wandabschnitt 62, 64 hin erstreckt, welcher einwärts zur Mittellinie des Brennerrohrgehäuses hin gerichtet ist und in einem kurzen Wandabschnitt 66, 68 endet.

Die Vorderkarten der Wände 66, 68 sind an einem sich

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vertikal erstreckenden, länglichen Kastenträger 70 befestigt. Eine Platte 72 ist an den Vorderkanten des Kanalteiles 14 und an der vorderen Oberfläche der Träger 70 befestigt, um den rückwärtigen Abschluß der Arbeitskammern 22, 24 zu bilden.

kammer mit der Luftzufuhr und Rückleitungsgruppen verbinden. Eine der Öffnungen an jeder Seite des Trägers ist im wesentlichen am, vertikal gesehen, mittleren Abschnitt der Platte 72 angeordnet, und ein Modul bzw. eine Baugruppe 74, 76 zum Rückleiten oder Rückführen von Luft ist an der Platte in Verbindung mit der entsprechenden Öffnung befestigt. Jedes Rückleitungsmoaul „ 74,- 76* kann'* im'wesentlichen hornförmige Ausbildung auf- -'■ weisen ,v mit elinein ,entsprechenden, kleineren Auslaßabschnitt 78, 80, der in Verbindung mit dem Inneren des Brennerrohrgehäuses 32 angeordnet und befestigt ist, wobei die Ruckleitungsbaugruppe 74, 76 entsprechende Seitenwände 82, 84 und 86, 88 aufweist. Tragflächenförmige Schaufeln 90,92 können innerhalb der ent- .

*° sprechenden Ruckleitungsbaugruppe angeordnet sein, um sanft die Geschwindigkeit der rückgeleiteten Gase von den Arbeitskammern zum Brennerrohrgehäuse 32 zu erhöhen. Verdampfungszopen-Speisebaugruppen bzw. Speisemodule 94, 96 und 98, .100 sind innerhalb des unteren Abschnitts

eines jeden Luftkammergehäuses 42, 44 angeordnet und weisen Frontöffnungen auf, die so angeordnet sind, daß sie sich in Löcher in der Platte 72 hinein öffnen, um eine Verbindung der Luftkammern mit der entsprechenden Arbeitskammer durch zwei der Öffnungen einer jeden

Kammer herzustellen. Die Verdampfungszonen-Baugruppen können schwenkbar angebrachte Luftschieber 102 aufweisen, die von außen her beweglich sind, um die Luftzufuhr zu steuern, welche jede Baugruppe abgibt. Ein

anderes Paar von Speisebauqrupoen, in diesem Falle 30

Trocknungs- bzw. Härtezonen-Baugruppen 104, 106, die ähnlich den Verdampfungszonen-Baugruppen sind, sind im Inneren des oberen Abschnitts des jeweiligen Luftkammergehäuses 42, 44 angeordnet und stehen in Verbindung durch eine obere Öffnung in jeder Luftkammer mit der entsprechenden Arbeitskammer. Jede Härtezonen-Baugruppe kann Luftschieber 108 ähnlich dem Luftschieber

(i 102 aufweisen. Jede Speisebaugruppe, wie in FB4Q QRiGiNAL COPY *

in Anbetracht der Verdampfungszonen-Baugruppen 94 und

98 daraestellt ist, v/eist einen kleinen Einlaßabschnitt 110, 112 auf, um die Geschwindigkeit der Luft zu verringern, die in die Arbeitskammer strömt, und weist eine Seitenwand auf, die so geformt ist, daß sie rund um die entsprechende Luftkammerwand paßt und sich nach außen aufweitet, wie dargestellt ist.

Innerhalb jeder Luftkammer 42, 44 kann jeweils eine motorgetriebene Fliegkraftgebläseanordnung 114,116 angeordnet sein, welche Einlasse aufweist, die mit dem «.•Brennerrohrgehäuse 32 durch Leitungen 118 bzw. 120 in Verbindung stehen, und die jeweils einen Auslaß 122, 124 aufweisen, welcher innerhalb der entsprechenden Luftkammer 42, 44 zum Umpumpen des Arbeitsgases aus

¹^ dem Brennerrohrgehäuse zu den entsprechenden Baugruppen für die Verdampfungszone und die Härtezone angeordnet ist.

Innerhalb .des Brennerrohrgehäuses 32 ist ein im ^ wesentliches zylindrisches, längliches Brennerrohr oder ein Brennermantel 126. angebracht, der bevorzugt ein Paar rohrförmige Abschnitte umfaßt. An der Verbindungsstelle der Abschnitte erstreckt sich das Brennerrohr durch eine im wesentlichen horizontale Platte 128 und ist im wesentlichen mit dieser dichtend verbunden, welche sich zwischen den vier Wänden des Brennerrohrgehäuses 32 erstreckt, um das Brennerrohrgehäuse in einen unteren Abschnitt oder Auslaßabschnitt unterhalb der Platte 128 und einen oberen Abschnitt oder Rückleitungs-

abschnitt oberhalb der Platte zu unterteilen, wobei die Platte wirksam ist, um die Abschnitte gegeneinander abzudichten. V7ie in Fig. 1 dargestellt, liegen die Öffnungen, in welche sich die Auslässe der Rückleitungs-

Baugruppen 74 und 76 erstrecken, oberhalb der Platte 35

128, und die Einlasse der Gebläse 114, 116 liegen unterhalb der Platte 128.

Ein Draht 130, 132 wird durch die jeweiligen Arboits-

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kammern 22, 24 eingebracht, die zwischen der Platte und einer Tür ausgebildet sind, die allgemein mit bezeichnet ist und vertikale V7ände aufweist, die aufeinanderliegend angebracht sind, wobei jede Wand eine Außenhaut 136 aufweist, die durch ein Paar Kanäle 138, 140 gegenüber einer Innenwand 142 auf Abstand gehalten sind und mit einer Isolierung 144 gefüllt sind. Die Innen- und Außenhaut sind derart geformt, daß die Seiten der Tür mit den Ofen-Kanalteilen 12 verbunden sind und eine Aussparung in der Tür zwischen der Hauptvorderoberfläche der Innenhaut 142 und der Platte bilden. Eine vertikale Rippe 146 ist am mittleren Abschnitt der Innenhaut ausaebildet und erstreckt sich nach hinten, um einen Eingriff mit der Platte 72 her- ° zustellen, um eine Abdichtung zwischen den Arbeitskammern 22 und 24 zu liefern. Demzufolge kann der Draht in der Arbeitskammer 22 bei einem unterschiedlichen Temperaturprofilzustand gehalten werden, wie er vom Gebläse 114 geliefert wird, als der Draht 132 in der Arbeitskammer 124, welche vom Gebläse 116 gespeist wird.

Der Draht betritt die jeweilige Arbeitskammer durch eine Öffnung an der Unterseite des Ofens und wird nach oben geführt. Frischluft kann zusammen mit dem

Draht in den offenen Raum an der Unterseite der Arbeitskammern eintreten, aber es ist erwünscht, wenn nicht gar notwendig, zum Schutz der Umwelt, die mit Lösungsmittel beladenen Ausdünstungen und Gase daran zu

hindern, durch den Arbeitskammerraum an der Oberseite -

des Ofens auszutreten. Zu diesem Zweck sollten Luftsperren 148 an der Oberseite besonders dort vorgesehen sein, wo der Draht austritt.

Der neue elektrische Brenner der vorlieaenden Erfindung 35

ist allgemein mit 150 bezeichnet und umfaßt, wie am besten in Fig. 4 dargestellt, ein im wesentlichen zylindrisches Brennergehäuse 152, welches innerhalb des Brennerrohres 126 am oberen Teil hiervon angeordnet ist.

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Die spezielle Form des Gehäuses 152 ist nicht kritisch, ist jedoch im bevorzugten Ausführunasbeispiel zylindrisch, um sauber in das Innere des Rohres 126 zu passen. Sowohl das Brennerrohr 126 als auch das Brennergehäuse 152 haben mehrere Löcher 154, die um ihre jeweiligen Umfange mit Abstand angeordnet sind, um eine Verbindung der rückgeführten Gase im Inneren des Brennerrohrgehäuses 32, die von der Rückführungs-Baugruppe 74, 76 zurückgeleitet wurden, mit dem Inneren des Gehäuses 152 herzustellen. Die Löcher 154 nehmen

in ihrer Fläche allmählich zum oberen Teil des Gehäuses 152 und des Rohres 126 zu, so daß der größte Teil des rückkehrenden, mit Schmutz beladenen Gasstromes in das Gehäuse an der Oberseite eintritt und für die völlig ständige Veraschung nach unten gesaugt wird.

Von der Innenwand des Brennergehäuses 152 ausgehend erstrecken sich radial eine Anzahl mit Abstand angeordneter, ring- oder kreisringförmiger Platten oder Prallbleche, von welchen drei 156, 158, 160 im Brenner des bevorzugten Ausführungsbeispiels benutzt werden. Die obere Platte 156 hat anstelle einer großen, kreisförmigen, mittleren Öffnung, wie dies bei der Platte 158 und 160 der Fall ist, eine kleine, rechteckige Öffnung, und zwar zu nachfolgend verdeutlichten Zwecken. Zwischen der unteren Oberfläche der oberen Platte 156 und der oberen Oberfläche der Platte 158 sind viele, mit Abstand angeordnete, spiralbogenartig geformte Schaufeln 162 angeschlossen, während ähnliche

Schaufeln 164 zwischen der unteren Oberfläche der Platte 158 und der oberen Oberfläche der Platte 160 angeschlossen sind. Jede der Schaufeln 162, 164 weist eine bogenartige Ausbildung auf, die sich tangential

zur Mittelöffnung der Platte 158, 160 erstreckt", um 35

die Geschwindigkeit zu erhöhen und eine wirbelige Bewegung, in diesem Fall eine Bewegung im Uhrzeigersinn, in den Gasen auszulösen, die durch die Löcher 154 eintreten, um hierbei die Gase zu veranlassen, zy-klonartig

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und in einer Richtung nach unten durch das Brennergehäuse 152 zu strömen. Jede der Platten 152, 158, 160 hat eine Vielzahl aufeinander ausgerichteter öffnungen 166, welche sich durch diese erstrecken und mit im wesentlichen gleichen Abständen zueinander angeordnet sind. Wie dargestellt/ sind die öffnungen 166 aus Gründen der Bequemlichkeit und zum Zweck der Sicherstellung der vollständigen Veraschung der Gase in drei Reihen angeordnet, welche mit einem Radialabstand voneinander zwischen der Mittelöffnung und der Wand des Gehäuses 152 getrennt sind.

An der Oberseite des Gehäuses 152 ist etwa durch Schweißen od.dgl. eine Trageplatte 168 befestigt. Die Trageplatte 168 ruht auf einer Zugangsplatte 170 und . · kann an dieser anaebracht sein, welche an der Oberseite des Brennerrohres 126 befestigt ist. Die Zugangsplatte 170 umfaßt ein Paar mit Abstand getrennt angeordneter Flansche 172 und 174, welche von der Bodenfläche hiervon herabstehen, welche an den gegenüberliegenden Seiten eines Flansches 176 angeordnet sind, der von der oberen Oberfläche 178 des Brennerrohrgehäuses 32 aus nach oben steht. Die Flansche 172, 174 und 176 bilden eine Labyrinthdichtung zwischen dem Brennerrohr 126 und dem Brennerrohrgehäuse 32. Ein hohlzylindrischer Mantel 178 kann etwa durch eine Schweißung an und zwischen der Prallplatte 156 und der Trageplatte 168 befestigt sein und kann mit einer Mineral- oder Glasfaserisolierung 180 gefüllt sein. Durch die Trageplatte 168 und die Isolierung 180 erstreckt sich eine Vielzahl von Öffnungen 182, welche auf die Öffnungen 166 der Platten 152, 158, 160 ausgerichtet sind, sowie eine Mittelöffnung 184, welche, wie dargestellt, rechteckige Form aufweisen kann. In jeder der Öffnungen ist ein isolierter Halter 186 angeordnet, während ein isolierter Halter 188 in die Öffnung 184 angeordnet ist. Jeder der Halter 186, 188 ist aus einem hochtemperaturbeständigen Isoliermaterial'Tr^bildet, wie COPY

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etwa Schamotte und weist bevorzugt einen verengten Abschnitt an der Ober- und Unterseite auf, wo die Halter in die jeweiligen Öffnungen in den Platten 156 und 168 eingepaßt sind. Bevorzugt sind die Schamottehalter 186 und 188 sowie die Isolierung 180 im zylindrischen Mantel 178 vor dem Anschweißen der Platte 168 an die Oberseite des Mantels angeordnet.

Jeder der Halter 186 weist ein Paar Löcher auf, welche die Enden eines entsprechenden Heizelementes 190 aufnehmen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel werden

^. sechzig dieser Elemente im Brenner verwendet. Jedes der Elemente 190 ist ein U-förmiges, beständiges Heizteil, welches sich mit seinen freien Enden durch den ¹^ jeweiligen Halter 186 hindurch erstreckt, sowie nach unten durch den Brenner durch die öffnungen 166, wobei die unteren U-förmigen Enden der Elemente unter der Kreisringplatte 160 enden. Die Elemente 190 sind metallische Einheiten, wie etwa aus "Incoloy" und sind ohne weiteres von einer

Anzahl von Lieferstellen erhältlich, wie etwa T.P.I., Johnson City, Tennessee. Die oberen Enden der Elemente 190 innerhalb des Feuerziegels bzw. Schamottesteins können mantelartig erwärmt werden, um eine starre Verbindung zwischen, dem Schamottestein und den Heizkörpern

herzustellen. Im Betrieb wird der Strom, der den Heizelementen 190 zugeführt wird, so kontrolliert, daß er eine konstante Tätigkeit auferhält, und zwar mittels Reaktoren mit sättigbarem Kern oder ähnlichen, gedruckten bzw. fest aufgebauten Steuereinheiten (nicht gezeigt) .

Der Halter 188 weist bevorzugt vier Löcher zur Aufnahme der Enden eines Paares von Zündeinrichtunqen 192 für sehr hohe Temperaturen auf. Die Zündeinrichtungen

können ebenfalls U-förmige Teile sein, die sich .mit 35

ihren freien Enden von der Oberseite des Halters 188 erstrecken und mit ihren unteren U-förmigen Enden nach unten durch die Mittelöffnungen in den Platten 156, 158 und 160 erstrecken. Die Zünder arbeiten ständig bei

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äußerst hohen Glühtemperaturen für längere Zeiträume und müssen gegenüber Oxidierungsmitteln hochbeständig sein. Somit sind die Zünder eine Kombination aus Metall und keramischem Material wie etwa Cermet {keramisch - metallisches Verbundmaterial), das aus Molybdän-Disilizid hergestellt sein kann. Solche Einheiten sind unter dem Handelsnamen "Kanthai" erhältlich, und Standardelemente wie etwa "Kantahl Sp und N" werden durch die Teilfirma Kanthai der Firma Buten-Kanthal ¹^ ^ Schweden in Hallstammar, Schweden, hergestellt. Beim Be-! trieb bilden diese Einheiten eine Oxidierungsdichtung rund um sich und können dann ständig bei Temperaturen von 1700⁰C arbeiten. Im Brenner der vorliegenden Erfindung lösen die hohen Temperaturen des Zünders die Zündung der Gase aus und erhalten sie aufrecht, welche bei Temperaturen von etwa 75O⁰C verbrannt werden.

An der Innenwand des Gehäuses 152 im wesentlichen an jeder Stelle,an welcher die Heizelelemente 190 und

Zünder 192 in die U-Form gebogen werden, befindet sich eine kegelstumpfförmige, konische Prallfläche 194, die eine Mittelöffnung 196 aufweist. Die Prallfläche richtet die wirbelnden Gase gegen die Mitte des Brenners und des Brennerrohres und stellt sicher, daß

die Gase die unteren, U-förmigen Enden der Heizelemente 190 und Zünder 192 berühren. Die Prallfläche 194 ist an der Wand der Brennergehäuses 152 oberhalb des unteren Endes hiervon derart befestigt, daß eine

■ Schürze 198 gebildet ist, welche sich nach unten etwa 30

zur Höhe der Mündung der Öffnung 196 erstreckt. Die Schürze 198 bildet eine Wand einer unteren Labyrinthdichtung, welche eine umgekehrt L-förmige Wand 200 mit einem einwärts gewandten Flansch 202 aufweist, der

an einem Flansch 204 an der Innenseite des Brennerrohres 35

126 befestigt ist. Eine andere, umgekehrt L-förmige i Wand 206 ist am Flansch 204 befestigt und bildet einen

..Teil der Labyrinthdichtung. \' COPY

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Die oberen Enden, d.h. die freien Enden eines jeden Widerstandsheizelementes 190 und der Zünder 192, sind an entsprechende Leitungsdrähte und elektrische Sammelanschlußstangen angeschlossen, welche nicht dargestellt sind, da sie eine herkömmliche Einrichtung zum Weiterleiten des elektrischen Stromes bilden.

Wenn beim Betrieb der rückgeführte, schmutzbeladene Gasstrom zum oberen Abschnitt des Brennerrohrgehäuses ¹^ 32 zurückgeleitet wird, dann tritt das Gas in die Löcher 154 im Brennerrohr 126 und im Brennerrohrgehäuse 152 ein, wobei das meiste Gas in die größeren Löcher an der Oberseite des Brenners eingesaugt wird. Den \

Gasen wird durch die Schaufeln 162, 164 eine Wirbelbewegung mitgeteilt, und sie passieren die Widerstandsheizelemente 190 und die Zünder 192. Wenn die Gase die ^! Widerstandsheizelemente 190 berühren, dann v/erden die Gase bis über ihre Eintrittstemperatur von etwa 4 30⁰C hinaus erhitzt und werden infolge der Berührung mit den

Zündern 192 gezündet, welche oberhalb der Selbstzündungstemperatur der Lösungsmittel arbeiten. Wie bereits oben festgestellt, beträgt die Oberflächentemperatur 'der Zünder etwa 1700⁰C. Diese hohe Temperatur zündet die Gase und erhält gemeinsam mit den brennenden

Gasen die Verbrennung der Gase bei etwa 7 5O⁰C auf, wobei die Lösungsmittel derart verascht werden, daß irgendwelche Gase, die den Ofen verlassen, im wesentlichen verschmutzungsfrei sind.

Zahlreiche Änderungen des hier offenbarten Aufbaus drängen sich dem Fachmann .auf. Es wird allerdings darauf hingewiesen, daß sich die vorliegende Offenbarung auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der

Erfindung bezieht, dessen Zweck lediglich der Erläute-35

rung dient und das nicht als Beschränkung der Erfindung angesehen werden soll. Alle solchen Abänderungen, welche nicht vom Grundgedanken der Erfindung abweichen, sollen mit in den Schutzumfang auch der beigefügten Ansprüche miteinaeschlossen sein^ ORIGINAL COPY

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Claims

Elektrischer Brenner für oxidierenden Ofen

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Patentansprüche

1.) Elektrischer Brenner (150) für einen veraschenden Ofen, gekenn ζ e ichnet durch die folgenden Merkmale:

- ein hohles Gehäuse (150), das sich längs einer Längsachse erstreckt und eine Vielzahl von öffnungen (154) aufweist, welche seinen Innenraum mit seiner Außenseite verbinden,

- eine Vielzahl bogenförmiger Schaufeln (162, 164),

- Einrichtungen (156, 158, 160) zur Anbringung der Schaufeln in Abstand rund um mindestens einen oberen Teil des Innenraums des Gehäuses und in Erstreckung von

'■"' der'..Innenoberfläche des Gehäuses zu einem Mittelteil, der gegenüber der Achse einen Abstand aufweist,

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- eine Trageplatte (168), die am Gehäuse befestigt ist und ein Ende dessen verschließt, wobei dieses Ende als oberes Ende definiert ist,

- eine Ablenkplatte (194), die am Gehäuse nahe dem

unteren Ende befestigt ist und eine im wesentlichen mittige ''Of fnung (196) derart aufweist, daß Gase, die in die Öffnungen eintreten, durch die genannte Öffnung austreten können,

- eine Vielzahl länglicher, ü-förmiger, elektrischer ViiderStandsheizelemente (190), von welchen, jedes ein

_Ä Paar freie Enden aufweist, die dazu eingerichtet sind, elektrischen Strom aufzunehmen,

- Einrichtungen (186), die von der Trageplatte getragen sind, um die Elemente in gegenseitigem Abstand im Ge-

^1-° häuse zu halten, wobei die freien Enden sich von der Oberseite der Trageplatte aus erstrecken,

- mindestens ein längliches, ü-förmiges Keramik-Heizelement (192), welches in der Lage ist, bei einer Oberflächentemperatur über 750⁰C zu arbeiten, um die

Gase zu zünden, die durch das Gehäuse strömen, wobei jedes keramische Element ein Paar freie Enden aufweist, die dazu eingerichtet sind, elektrischen Strom aufzunehmen, und

- Einrichtungen (188), die von der Trageplatte getragen

sind, um die keramischen Elemente im Gehäuse im wesentlichen zwischen den Widerstandselementen zu halten, wobei sich die freien Enden von der Oberseite der Tragplatte aus erstrecken.

'2. Elektrischer Brenner nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

- mindestens ein Paar Prallplatten (158, 160), welche am Gehäuse in Abstand längs der Achse angeordnet sind und jeweils eine Mittelöffnung aufweisen, die im wesentlichen auf die öffnung (196) in der Ablenkeinrichtung ausgerichtet sind,

'"- jedes keramische Heizelement (192) erstreckt sich frei durch die Öffnungen der Prallplatten, ORIGINAL

- die Einrichtungen zur Anbringung der Schaufeln umfassen Einrichtungen zum Befestigen der Schaufeln an den gegenüberliegenden Oberflächen benachbarter Prallplatten, und

- die Prallplatten weisen eine Vielzahl aufeinander ausgerichteter Löcher (166) auf, um jeweils ein entsprechendes Viiderstandsheizelement auf zunahmen.

3. Elektrischer Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelöffnung in jeder der Prallplatten im wesentlichen kreisförmig ist, und daß sich jede der Schaufeln tangential zum Umfang der Mittelöffnung in der Prallplatte hin erstreckt, an v/elcher die Schaufeln befestigt sind.

4. Elektrischer Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse im wesentlichen zylindrisch ist, und daß die Widerstandsheizelemente innerhalb des Gehäuses in mit Radialabstand

angeordneten Reihen zwischen den Mittelöffnungen und dem Gehäuse angeordnet sind.

5. Elektrischer Brenner nach Anspruch 1, dadurch

gekennze ich η et, daß die Einrichtungen zur

Anbringung der Widerstandsheizelemente und die Einrichtungen zur Anbringung der Keramik-Eeizelemente eine obere Prallplatte (156) aufweisen, welche gegenüber der Trageplatte (168) einen Abstand aufweist, eine

• Einrichtuna (178), um die obere Prallplatte an der '

Trageplatte im Abstand hierzu anzubringen, isolierte Haltereinrichtungen (186), welche an jedem WiderstandshGizelement befestigt sind, isolierte Haltereinrichtungen' (188), welche an den Keramik-Heizelementen befestigt sind, und Einrichtungen, um alle isolierten

Halter zwischen der Trageplatte und der oberen Prall-

platte einzuschließen. Ί

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6. Elektrischer Brenner nach Anspruch 4, dadurch

gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte ein im wesentlichen kegelstumpfförmiges, kreisringförmiges Teil (194) aufweist, und daß jedes der Heizelemente in Längsrichtung bis zu im wesentlichen jener Stelle verlängert ist, an welcher die Ablenkplatte am Gehäuse befestigt ist.

7. Elektrischer Brenner nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

- eine untere Prallplatte (160) , welche am Gehäuse in Abstand zur oberen Prallplatte (156) befestigt ist,

- eine dritte Prallplatte (158), welche am Gehäuse zwischen der oberen und unteren Prallplatte angebracht ist/

- jede der Prallplatten weist eine Mittelöffnung auf, die im wesentlichen auf die Öffnung in der Ablenkeinrichtung ausgerichtet ist, .j

- jedes keramische Heizelement (192) erstreckt sich frei ²^ durch die Öffnung der Prallplatten,

- die Einrichtungen zur Anbringung der Schaufeln umfassen Einrichtungen zur Befestigung der Schaufeln an den gegenüberliegenden Oberflächen benachbarter Prallplatten, und

-"die Prallplatten weisen eine Vielzahl aufeinander ausgerichteter Löcher (166) auf, um die entsprechenden Widerstandsheizelemente festzuspannen.

8. Elektrischer Brenner nach Anspruch 7, dadurch

gekennzeichnet, daß die Mittelcffnung in der unteren und mittleren Prallplatte im wesentlichen kreisförmig ist und daß sich jede der Schaufeln tangential zum Umfang der kreisförmigen Öffnung hin erstreckt.

9. Elektrischer Brenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse im wesentlichen zylindrisch ist und daß die VJiderstandsheiz-

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* elemente innerhalb des Gehäuses in Reihen mit. gegenseitigem Radialabstand angeordnet sind, und zwar zwischen den Mittelöffnungen und dem Gehäuse.

10. Elektrischer Brenner nach Anspruch 9, dadurch gekennze ichnet, daß die öffnungen (154) , die den Innenraum und die Außenseite des Gehäuses miteinander verbinden, am oberen Teil des Gehäuses eine größere Fläche als am unteren Teil des Gehäuses aufweisen, und daß die Fläche der Öffnungen schrittweise längs der Längenerstreckung des Gehäuses vom oberen Teil zum unteren Teil hin abnimmt.

11. Elektrischer Brenner nach Anspruch 1 oder 6 ,

dadurch gekennzeichnet, daß das untere _i I Ende des Gehäuses eine Schürze (198) umfaßt, welche sich nach unten bis unter die Unterseite der Ablenkplatte erstreckt, um einen Teil einer Labyrinthdichtung

zu bilden.
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12. Elektrischer Brenner nach Anspruch 5 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierten Halter ein Schamott- oder Feuerziegelmaterial umfassen und eine Isolierung umfassen, die rund um alle Halter angeordnet ist.

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