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Elektrisch beheizter Gaserzeuger Die Erfindung bezieht sich auf einen
elektrisch beheizten Gaserzeuger, insbesondere zur Herstellung von Schutzgasen für
Blankglühzwecke u. dgl., in welchem Gase in einem zweckmäßig von einem Mefallgehäuse
gasdicht umschlossenen Behälter aus .hitzebeständigem, wärmeisolierendem Baustoff
in einer Reaktionskammer aufeinander einwirken, die von verteilter katalytischer
Masse erfüllt und mit Leitungen für die Zuführung .der zu behandelnden Gase sowie
mit in die katalytische Masse eingebetteten elektrischen Heizelementen versehen
ist, gemäß Patent 752 976. Die vorliegende Erfindung betrifft eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung eines solchen Gaserzeugers.
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Erfindungsgemäß ist die Reaktionskammer spaltförmig ausgebildet, und
die elektrischen Heizkörper sind längs einer Wandfläche des Schalters angeordnet.
Dadurch wird neben anderen Vorteilen der Strömungsweg des Gases durch die Reaktionskammer
in einfacher Form abgegrenzt und vorgezeichnet, so daß die katalytische Masse an
allen Stellen gleich stark vom Gas durchsetzt wind, und da sie außerdem wegen der
geringen Entfernung von dem Heizkörper überall gleichmäßig durchwärmt
ist,
ergeben sich besonders günstige Schutzgaserzeugnisse. Aber auch in konstruktiver
Hinsicht ergeben sich durch .die spaltförmige Gestaltung der Reaktionskammer neue
Wege, und es kann insbesondere dadurch ein verhältnismäßig großer Spaltquerschnitt
bei nicht allzu großer Spaltbreite erzielt werden, daß erfindungsgemäß der die elektrischen
Heizkörper enthaltende Teil der Reaktionskammer als Ringspalt ausgebildet ist, welcher
seinerseits durch die Innenseite des wärmeisolierenden Baustoffs des Behälters,
andererseits durch die Außenseite eines im Behälter eingebauten, entsprechend der
Spaltbreite einen kleineren Durchmesser besitzenden Kerns aus hitzebeständigem Baustoff
abgegrenzt ist. Zur Vereinfachung des Einbaus der Heizkörper sowie beispielsweise
zum Auswechseln der katalytischen Masse kann es zuweilen vorteilhaft sein, den eine
Wandfläche des Spaltes bildenden Kern herausnehmbar anzuordnen. Ein solcher herausnehmbarer
Kern kann dann auch eine Vereinfachung der Herstellung .des gesamten Gaserzeugers
bedeuten, indem eine verwickelte Bearbeitung und Ausgestaltung des wärmeisolierenden
hitzebeständigen Baustoffs des Gaserzeugers vermieden werden kann.
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Der Gaserzeuger kann beispielsweise zylindrisch ausgebildet und stehend
angeordnet sein; dabei münden die Leitungen für die Zuführung der zu behandelnden
Gase und für die Fortleitung der erzeugten Gase zweckmäßig oben und unten in der
Behältermitte, und die Umleitung der Gase zur Reaktionskammer bzw. die Rückleitung
von der Reaktionskammer zum in der Behältermitte abgehenden Gasrohr erfolgt dadurch,
daß erfindungsgemäß der Kern auf Klötzen ruht bzw. solche Klötze zwischen der oberen
Stirnseite des Kerns und der Deckenschicht vorgesehen sind, wobei zwischen diesen
Klötzen jeweils Durchtrittsgänge für das Gas belassen sind.
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An Hand der in der Zeichnung dargestellten beispielsweisen Ausführungsform
soll die Erfindung erläutert werden. Dort ist in Fig. i ein Längsschnitt durch die
Mitte eines Gaserzeugers gemäß der Erfindung .dargestellt; Fig. 2 zeigt einen Querschnitt
nach der Linie II-II der Fig. i, wobei der Katalysator der Deutlichkeit halber fortgelassen
ist; Fig. 3 und 4. sind Teilquerschnitte, welche nach den Linien III-III bzw. IV-IV
der Fig. i geführt sind; Fig. 5 zeigt in vergrößertem Maßstab teilweise im Schnitt
teilweise in Ansicht die gemeinsame Anordnung eines Heizelementes und seiner Temperaturüberwachungseinrichtung,
die auf kleine Temperaturänderungen sofort anspricht.
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Der Gaserzeuger besteht aus einem metallischen zylinderförmigen 2
mit gasdicht befestigtem Metalldeckel4 und Mebällboden6. In der Mitte des Deckels
q. ist das Gaseinführungsro.hr 8 angeordnet, in der Mitte des Bodens das Gasaustrittsr6hr
io. Die metallische Bodenplatte trägt eine Grundmauer, die aus Schichten 12 bzw.
14 von hitzebeständigem, wärmeisolierendem Baustoff besteht. Durch die Grundmauer
ist das Gasaustrittsrohr hindurchgeführt. Auf der Grundmauer ruht die hohlzylindrische
Seitenausmauerung, die aus den Wandschichten 16 und 26 aus hitzebeständigem, wärmeisolierendem
Baustoff gebildet wird. Die Schicht 16 enthält Mauerblöcke 18, in deren Fugen die
Befestigungsteile 2o und 22 für die mäanderartig ausgebildeten Heizwiderstände 24
angeordnet sind, die beispielsweise aus .einer Nickel-Chrom-Eisen-Legierung bestehen
können und unmittelbar in die z. B. aus i bis 2 cm großen Stücken von aktivierter
Tonerde bestehende katalytische Masse eingebettet sind. Die Wandschicht 26,, die
sich zwischen den Blöcken 18 und der metallischen Gehäusewand 2 befindet, kann beispielsweise
aus einem hitzebeständigen, wärmeisolierenden Pulver bestehen. Innerhalb des von
der Wandschicht 16 umgrenzten Raumes befindet sich ein Kern 28, der aus aufeinanderliegenden
hitzebeständigen Teilen besteht, die an ihren Scheibenflächen (Stirnseiten) durch
vorspringende bzw. einspringende Auflagestellen miteinander verspundet und dadurch
gegen seitliches Verschieben gesichert sind. Aus demselben Grund ragt in den untersten
Block das obere Ende des Gasauslaßrohres io. Der Kern 28 ruht auf Klötzen 3o aus
hitzebeständigem Material, welche, wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, so angeordnet
und ausgebildet sind, daß zwischen ihnen Zwischenräume 36 für den Durchtritt des
Gases belassen sind. Der Außendurchmesser der Scheiben des Kerns 28 ist kleiner
als der Innendurchmesser der hohlzylindrischen Seitenwand 16, wodurch ein Ringspalt
entsteht. Dieser Ringspalt bildet die Reaktionskammer 32. Auf dem Kern 28 .sind
Klötze 344 aus hitzebeständigem Material angeordnet, auf denen die Schichten 35
des darüberliegenden Deckenmauerwerks ruhen, welches von dem Gaseintrittsrohr 8
durchragt wird. Die Klötze 34 sind, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, so ausgebildet
und angeordnet, daß zwischen ihnen Durchtrittsgänge 38 für das zwischen den Stirnseiten
des Kerns und dem oberen Behältermauerwerk strömende Gas belassen sind.
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Der Gasverlauf in dem in Fig. i dargestellten Gaserzeuger ist folgender:
Durch das Zuführungsrohr 8 strömt das Gas, beispielsweise Kohlenwasserstoff und
Luft, in den von den Klötzen 34 umgrenzten :Mittelraum 39, wo es, wie durch
Pfeile eingezeichnet, umgelenkt wird und die Durchtrittsgänge 38 zwischen den Klötzen
34 durchströmt, um am Ende dieser Gänge im Sinne der eingezeichneten Pfeile nach
unten zu umgelenkt zu werden. Das Gas durchströmt nunmehr die Reaktionskammer 32.
Am Boden der Kammer wird es wiederum im Sinne der eingezeichneten Pfeile umgelenkt,
strömt .durch die Durchtrittsgänge 36 zwischen den Blöcken 30 im Raum zwischen
der unteren Stirnseite des Kerns 28 und dem Grundmauerwerk 12, 14 und gelangt in
den Sammelraum 40, der von. den Blöcken 30 umgrenzt ist, und strömt von hier
aus durch in der Zeichnung angedeutete öffnungen im Gasableitungsrohr durch dieses
nach unten.
Wie in der Zeichnung angedeutet, sind nicht nur die
beheizten Stellen in der Reaktionskammer mit Katalysatormasse angefüllt, sondern
auch die Räume 36, 38, 39. 4o. Dadurch strömt das Gas innerhalb des Gaserzeugers
fast ausschließlich durch Katalysatormasse, was für manche Gase von besonderem Vorteil
ist, insbesondere kühlt sich das Gas in den unteren Durchtrittsgängen vor seinem
Eintritt in das Gasableitungsrohr noch etwas ab und reagiert dabei noch stellenweise
mit dem Katalysator, der allenfalls in den oberen Durchtrittsgängen unbeschadet
in Wegfall kommen kann.
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Das den Erzeuger verlassende Gas ist ein Gemisch, das hauptsächlich
aus Stickstoff, Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxyd und allenfalls sehr geringen Mengen
von Kohlendioxyd, Wasserdampf und Methan besteht. Die Herstellung dieses Gasgemischs
und seine vollständige Reaktion wird dadurch besonders begünstigt, daß die Heizkörper
in der Reaktionskammer in die katalvtische Masse gut eingebettet sind und dort die
Masse gleichmäßig erhitzen, beispielsweise ungefähr auf Temperaturen um 100o° C
(i8oo bis igoo° F). Um dem Umstand Rechnung zu tragen, daß außen am Gaserzeuger
Verlustwärme abstrahlt und außerdem die Heizfläche in der Reaktionskammer nach außen
hin zunimmt, sind die Heizkörper 24 näher an der Innenfläche der Außenwandung 18.
26 angeordnet als am Kern 28.
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Der elektrische Strom wird über Leitungen 4i vom Netz 42 aus zugeführt,
gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Regeleinrichtung 44, welche in Abhängigkeit
von der Temperatur im Gaserzeuger über ein oder mehrere Wärmemesser gesteuert wird.
Die Einführung der Leitungen 41 in das Metallgehäuse erfolgt mittels gasdichter
und entsprechend isolierter Durchführungsklemmen 47. Der als Thermoelement ausgebildete
Wärmemesser ist beispielsweise durch die Grundplatte gasdicht hindurchgeführt. Es
besteht, wie aus Fig.5 zu erkennen ist, aus einer Röhre 5o, die an ihrerri oberen
Ende verschlossen ist und den wärmeempfindlichen Draht 46 umgibt. Die Röhre 5o ist
von einem dünnen Porzellanrohr 52 eng umschlossen, auf dem der Heizkörper dicht
aufgewickelt ist, so daß zwischen Heizkörper und Porzellan ein guter Wärmeübergang
vorhanden ist, wie auch andererseits zwischen der Röhre 5o und dem sie umschließenden
Porzellanrohr 52 eine gute Wärmeübertragung stattfindet. Dadurch spricht der Wärmemesser
auf Temperaturschwankungen mit denkbar geringer Zeitverzögerung an. Die Enden des
auf dem Porzellanrohr 52 aufgewickelten Heizkörpers sind mit .den daran anschließenden
Heizkörpern zusammengeschweißt. Die gleiche Anordnung eines Thermoelementes 'kann
nicht nur zur Regelung, sondern auch zum Schutz gegen Überhitzungen und ähnliche
Betriebsabweichungen im Gaserzeuger Anwendung finden, wobei an Stelle des Thermoelementes
unter Umständen auch eine Schmelzsicherung treten kann.
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Wie aus der Zeichnung ohne weiteres ersichtlich, ist der Aufbau des
Gaserzeugers gemäß der Erfindung besonders einfach und übersichtlich, und es können
durch Veränderung der Kerngröße und der Reaktionskammer Gaserzeuger mit verschiedenem
Fassungsvermögen hergestellt werden. Zweckmäßig wird jedoch die Spaltbreite der
Reaktionskammer für verschiedene Erzeugertypen gleichbleibend (ungefähr 5 cm) gewählt
und das Fassungsvermögen lediglich durch Verlängerung oder Verkürzung der Reaktionskammer
verändert, so daß auch der Kerndurchmesser für Erzeuger verschiedenen Fassungsvermögens
derselbe bleibt. Für die Behandlung einer Gasmenge von etwa 28 cbm in der Stunde
ergibt sich eine Höhe der Reaktionskammer von ungefähr 76 cm bei einem mittleren
Durchmesser von etwa 56 cm; man erhält also durchschnittlich einen Wert von 2 bis
3 cdm Reaktionskammerraum für den Kubikmeter Gas in der Stunde. Als Gas sei noch
besonders eine Mischung von Leuchtgas und Luft hervorgehoben.
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Der Zusammenbau des dargestellten Gaserzeugers ist besonders einfach
und erfolgt in der Weise, daß nach dem Einbau der Bodenklötze 3o die Bodenfläche
mit katalytischem Material bedeckt wird und daraufhin die Kernscheiben in den die
bereits montierten Heizkörper enthaltenden Innenraum eingebaut werden. Im Anschluß
daran wird der Katalysator in die Reaktionskammer eingefüllt und evtl. auch in die
Zwischengänge zwischen den oben auf den Kern aufgesetzten Klötzen 34, woraufhin
der Deckel des Gaserzeugers aufgesetzt und gasdicht, beispielsweise unter Zwischenschaltung
eines Dichtungsringes, verschraubt wird. Es sei noch erwähnt, daß als wärmeisolierender,
feuerfester Baustoff im Behälterinnern besonders gasdichtes Material verwendet werden
kann. Da der Widerstand durch die aus kleinen Stücken bestehende Katalysatormasse
jedoch meist gering ist, können auch nicht so sehr dichte feuerfeste Bausteine handelsüblicher
Ausführung verwendet werden.