專利名稱：模塊式陶瓷燃燒反應器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種陶瓷燃燒反應器。本發明的反應器具有一由模塊構成的管狀本體。這些模塊由剛性連接裝置彼此固定。
背景技術：
美國專利US5041268公開了一種具有細長的管狀本體的燃燒反應器。該管狀本體封閉在一鋼制的外殼內。在燃燒過程中，管狀本體被加熱到高溫。只有耐熱的材料才能適合于這種反應器的管狀本體。下面我們將這種特殊類型的反應器稱之為全燃燒反應器。已經發現，如果管狀本體的壁較薄，最好小于10mm，則US5041268所公開的那種反應器工作性能最好，從而，燃燒過程中所產生的熱通過管狀壁的強烈的IR輻射迅速消散。還發現，當尺寸大時，這些反應器的功能非常令人滿意，但管狀本體的壁仍然必需較薄。已經證實，長度大于五米、直徑大約為一米的反應器是完全可行的，燃燒過程的效率很高，也很干凈。迄今發現的適合于制造上述反應器的唯一的材料高級陶瓷。然而，這種反應器的大規模的制造具有若干問題。
制造具有較薄的壁的大的陶瓷管狀本體是非常復雜的。首先，用于制造所需陶瓷體的模具由于尺寸大而非常昂貴。其次，管狀本體的輸送也是非常復雜的，因為陶瓷材料的剛度很大，很容易破碎。
而且，隨著使用的延長，陶瓷材料的出現裂痕是不可避免的。要想改變大的單件的反應器是非常昂貴的，因此，需要一種反應器，其維修的成本較低。
美國專利US4416619公開了一種帶有一管狀本體的用于一加熱系統的陶瓷燃燒反應器。其中的燃燒不是在反應器的內部，而是在其外部進行。反應器的外表面具有若干缺口，從而使表面不連續。因此，因熱而引起的陶瓷材料內的應力明顯地減小，并防止了表面形成魚鱗狀和出現裂紋。然而，這種反應器只是小尺寸的，因此，尺寸的問題不需要解決。
用于燒制粘土和瓷器的大尺寸陶瓷爐窯在本領域中是公知的。這些陶瓷爐窯通常由若干塊由鋼架或箱包圍著的陶瓷構成。在這些公知的爐窯中，構成爐窯壁的陶瓷塊非常厚，因此，它們是自支撐的。但是，由于壁的厚度，這種結構對于內燃式反應器不適用，因為產生的熱不能通過厚壁消散。
美國專利US5687572講授了一種具有背側撞擊冷卻的薄壁燃燒器。這種燃燒器用于一種燃氣輪機，其具有一薄壁無孔的陶瓷襯，該襯的背側受到撞擊冷卻。陶瓷殼體由一有孔外金屬殼體支撐。為了防止該外金屬殼體承受高溫，必需進行冷卻。由于必需使用冷卻系統，所以，這種陶瓷殼體不適用于全燃燒反應器，因為發生催化氧化和減少燃燒產物的清潔的燃燒需要高溫壁的存在。
因此，本發明的目的是提供一種薄壁的陶瓷燃燒反應器，其可以以低廉的成本制造，而且大尺寸時制造起來也很容易。本發明的另一個目的是提供一種容易反應器，其容易輸送，并且容易以簡單和廉價的方法修理，或者可以在不更換整個反應器的情況下替換損壞的部件。再一個目標是制造一種反應器，其損壞的部件可以替換而無需拆開整個反應器。
本發明的概述按照本發明，上述目的由一種反應器完成，這種反應器包括由剛性連接裝置連接在一起的若干鼓狀模塊，其中的鼓狀模塊包括若干部段，這些部段一起形成一鼓狀模塊，各部段和/或模塊由連接裝置連接在一起。
在優選的實施例中，連接裝置包括連接板和連接夾；其中a．連接板定位在所述部段上的角區附近，并徑向向外延伸；和b．連接夾設有至少一個凹入部分，其接收至少兩個連接板。
有利的是，為連接板和/或連接夾設有用于防止連接夾從連接板上脫落的固位裝置。這種固位裝置可以包括陶瓷銷，該陶瓷銷可插入連接板和連接夾上的孔中。
特別有利的是，連接夾包括在連接板的邊緣上和連接夾的凹入部分上的相配合的凸緣。在最優選的實施例中，連接板和/或連接夾由陶瓷材料制成。
已經發現，一個鼓狀模塊可以包括多達八個部段，但較少的數量也是可行的。一般來說，較少的部段對于較小的反應器是足夠的，但較大直徑的反應器則需要使用較多的部段。
在一個特殊的實施例中，管狀反應器體包括一個錐形的阻燃插入件。該插入件對于在美國專利US5041268中公開的那種全燃式反應器的正常功能是至關重要的。為了合適地定位并連接插入件，該插入件設有徑向延伸的支撐，并且至少一個模塊的各部段設有接收該插入件的凹入部分。
有利的是，連接夾設有兩個對稱的凹入部分，各凹入部分接收兩個相鄰部段上的兩個連接板。因此，一個連接夾在四個部段于它們的區將它們保持在一起，所以，所用的連接夾的數量可以很低。
為了使機械性能更好，連接夾設有加強筋。已經發現，使連接板與所述部段構成為一體是最為實用的。
附圖的簡要描述下面參照附圖更詳細地描述本發明，這些附圖只以舉例的方式示出按照本發明的反應器的一優選實施例。其中

圖1示出本發明的一優選實施例的反應器的一透視圖；圖2a-c分別是在圖1所示的反應器的中央模塊中的部段的透視、側視和前視圖；圖3a-c分別是在圖1所示的反應器的頂部模塊的部段的透視、側視和前視圖；圖4a-d分別是用作圖1所示的反應器的連接裝置的一連接夾的透視、仰視、側視和頂視圖；圖4e是用于圖1所示的反應器的某些部件的連接裝置的一種改進的連接夾的頂視圖；圖5a-d是用于圖4a-c所示的連接夾的固位銷的透視、側視、頂視和前視圖；圖6在本發明的優選實施例中的反應器的另一透視圖，其中的兩個部段未示出，以表示反應器的內部，示出火焰滯后器插入在其位置上；圖7是用于具有一個類似于圖1所示的結構的反應器的模塊的錐形插入件的一改進的實施例的透視圖；圖8是由通用的部段構成的另一反應器的一橫剖面圖。
實施本發明的最佳模式圖1示出本發明的反應器的一透視圖。該反應器是所謂全燃燒型燃燒器。這種反應器的較小的型號由匈牙利的RCWO完全燃燒反應器局股份有限公司以NOCO Reactor的商標制造的。這些先前的小反應器由一個單件的材料制造。圖1中示出的是一個大型的反應器1，其包括兩個鼓狀的中心模塊2和一個頂部模塊3。模塊2和3由剛性連接裝置5彼此固定。在右側可以看到一個具有穹頂端31的頂部模塊3。反應器1支撐在U形尾部9上，該尾部接收在反應器1的下側上的連接裝置5。反應器還包括一個底部模塊，在圖1中，為了更清楚地示出反應器1的內部，沒有示出底部模塊。在圖1中可以清楚地看到，各中心模塊2由四個部段6形成，頂部模塊3由四個部段61構成。
部段6和61由高級陶瓷制成，這種高級陶瓷通常是一種硅基復合物。底部模塊不需要承受像其它模塊所承受的那種高溫，因此，它可以由高級鋼制造，但是也可以使用陶瓷作為底部模塊的材料。
連接裝置5包括連接板51(也見圖2和3)和連接夾52(也見圖4)。連接板51定位在部段6和61上在其角53的附近。連接板51沿徑向向外延伸，因此，連接板51的接觸面62的平面包含反應器1的中心軸線。連接板51與各部段成為一體，它們有與各部段的壁相同的厚度。正如在圖2a和3a中最清楚地看出的，連接板構成一寬邊65的一部分，該寬邊從各部段的直線一側“向外彎折”而形成，它垂直于部段6和61的弧形壁。將圖2a與3a比較還可以清楚地看出，部段6和61的結構幾乎相同，只是部段61上帶有穹頂端31。穹頂端31的形狀對于在反應器1的腔室內形成適當的擾動條件起到很重要的作用。
部段6和61的一個弧形側包括一個弧形帶66，當這些部段組裝成一管狀本體時，該弧形帶構成一環10的一部分。環10的內徑比鼓狀模塊20的外徑大。當模塊20組裝成管狀本體時，環10疊蓋住部段6的邊緣11。
參照圖4和5，連接夾52設有至少一個凹入部分54，用于接收兩個連接板51。為了防止連接板51從連接夾52中脫落，可預見連接板51和/或連接夾52設有固位裝置7。在所建議的本發明的最好的模式中，固位裝置7包括陶瓷銷70，其可插入連接板51和連接夾52上的孔55中。
陶瓷銷70還設有橢圓形端板71。連接板51和連接夾52上的孔55為橢圓形的，它們的尺寸和形狀對應于橢圓形端板。在插入橢圓形孔后，將固位銷70旋轉90°，從而使橢圓形端板71保持固位銷70不會脫出。
通過連接裝置5的形狀鎖定來實現模塊2之間的機械連接。因此，連接裝置5包括在連接板51的邊緣上的凸緣56和連接夾52的凹入部分54內的相配合的凸緣57。凸緣56和57在模塊20以及部段6和61之間提供連接力。構成連接裝置5，特別是凸緣的部件的尺寸多少要寬松些，以便為不同部件的膨脹或位移留出空間。這種膨脹是必要的，因為陶瓷材料的熱膨脹和剛性是不同的。也允許銷70在橢圓孔55中向側面移動，從而允許部段6和61相對于相鄰模塊中其它的部段的某種程度的位移。這種結構防止了由于熱而引起的相鄰的模塊2和3之間的機械應力。必需說明，部段之間的相對運動也不能太大。尤為在部段與模塊之間沒有密封，所以，小的間隙是不可避免的。如果通過模塊或部段之間的間隙逸出的氣體太多，反應器內的燃燒過程的效率就會降低。
由于全燃燒反應器的管狀本體上的熱負荷很高，連接裝置5必須由耐熱材料制成。已經發現，連接板51和/或連接夾52由陶瓷材料制成，其性能優選與反應器的陶瓷材料相同或相似，則效果最好。特別建議這些部段采用高級SiSiC。這時一種昂貴的陶瓷，但其可以耐高至1800℃的高溫。另一種用作部段的材料是SiC，它較便宜些，但只能用于溫度低于1300℃的燃燒。建議使用Corderite作為連接夾的材料，其通過擠壓制造，成本低。優選采用Corderite還由于其彈性略大些，因此，在應力下不容易斷裂。然而，對于特殊應用，還建議用SiC或SiSiC來制造連接夾。但是對于大多數應用，用Corderite是完全可以接受的。這也是經濟的，因為通過擠壓大量制造比較便宜。另一方面，SiC和SiSiC需要昂貴的模制。因此，本發明提供了一個很重要的優點，這就是，反應器1中的破碎的部件很容易更換，而無需成本很高地替換整個反應器。一種替換是，可以用Corderite來制造各部段，如果燃燒過程保持在較低的溫度。
進一步參照圖4d，連接夾52設有兩個對稱的凹入部分54。各凹入部分54接收兩個相鄰的部段6或61上的兩個連接板51，即，一個連接夾52在角區上連接四個部段6或61。圖4e示出一個連接夾52’，其只有一個凹入部分54。連接夾52’實際上是連接夾52的一半，它被用于連接與部段61上的穹頂端31的部分相鄰的連接板51’。底部模塊(未示出)或底部模塊的一支撐板裝有與連接板51類似的連接板，因此，可以用通常的連接夾52固定于相鄰的鼓狀模塊2。
在圖4d和4e中最清楚地看出，連接夾52和52’的凹入部分54形成為一個細長的槽。該槽以適當的公差接收兩個連接板51，使得連接夾52可以光滑地在連接板51上滑動，不會太緊或太松。該細長的槽具有一個箭頭狀橫截面。箭頭的頭部加寬，形成與連接板51上的凸緣57接合的凸緣56。為了改善連接夾52的機械強度，為它們裝備有加強筋58。夾的底部設有一個凹入部分59，其留出用于形成環10的帶66的空間。
一般來說，鼓狀模塊由兩個至八個部段構成。從設計和制造考慮，優選偶數，這絕不意味著不能由三個、五個、七個甚至更多的部段來制造一個模塊。
全燃反應器的一個特征是一個錐形阻燃插入件8。該插入件示于圖6。插入件8將反應器腔室分隔為兩個室。由插入件8引起的特別大的擾動增加了反應器的效率，從而使燃料完全無污染地燃燒。為了使插入件8正確地定位并合理地支撐，建議插入件8帶有徑向延伸的支撐80。至少一個模塊2或3的部段6設有接收支撐80的凹入部分81。然而，為了保持較低的制造成本，將不同的部件的數量保持在最小的量級是適宜的。因此，可預見所有的部段6和61都設有凹入部分81，如圖1和圖6所示。凹入部分81由各部段的壁上的兩個凹痕82形成。通過這種解決方案，材料的厚度在各部段的各部分都很均勻，熱應力較低。支撐80與插入件8的錐形部分成為一體。對于較大型的反應器1，阻燃插入件8的支撐設有分離的支撐部分(未示出)。這些分離的支撐部分的一端以適當的方式連接于所述錐形部分，而分離的支撐部分的另一端插入各部段的凹入部分81中。在這種情況下，這些分離的支撐在插入件8的錐形部分內具有相應的凹入部分。在另一可能的實施例中，插入件的分離的支撐為空心桿，桿的孔的一端接收從錐形插入件延伸出的銷，而其另一端接收從各部段向錐形部分延伸的銷。在另一未示出的實施例中，接收支撐80的凹入部分在各部段的連接板之間形成。
如7示出錐形阻燃插入件的另一有利的實施形式。在此，插入件8也與支撐83成為一體，類似于圖6所示的實施例，但是，這里的支撐83具有一個環形或U形橫截面。插入件8與支撐83鑄制在一起。部段61的壁上設置與其一體的托架85，該托架85用于接收空心管形或半管形支撐83。在支撐83的基部有孔84，這些孔將支撐83內的室與由插入件8的錐形部分圍繞著的空間連通。它們用于在反應器1內形成湍流，支撐83的空心結構保證增大的機械強度。這種插入件8特別適用于與燃氣輪機結合的反應器，在這種反應器中的插入件8的錐形部分中的氣體壓力較大。這是一個重要的應用場合，因為該燃氣輪機用來燃燒低成本燃料和廢物。空心支撐結構還能夠防止支撐的斷裂，既使在有少量鑄造失誤的情況下。這一特定的實施例參照頂部模塊3的一個部段61示出，但在部段6上也可實現非常相同的結構。
圖8示出了采用相同類型的通用部段構成不同直徑的較大的模塊的方式。在圖8中示出了一個由八個部段91構成的反應器模塊90。實際上，根據通用部段91的設計，四個或六個部段91就可構成一個很好的圓形模塊。然而，利用適當設計的連接裝置可以將更多的部段91連接起來，構成一個大直徑模塊。(必須說明，較小的模塊仍然需由兩至四個部段構成)。部段91的設計使其能以任何數量(實踐中至少四個)連接在一起，形成不同直徑的模塊。通過這種方式，形成了一種如圖8所示的具有花狀橫截面的模塊。全燃燒反應器的工作原理基本上不會受到橫截面輕微地偏離圓形的影響。這種解決方案在經濟上具有明顯的優點，因為只需一種類型的部段就可以構成尺寸差別很大的反應器。以這種方式，可以大量生產通用的部段91，使得各部段的成本較低。
雖然前面參照圖示的優選實施例說明了本發明的反應器，但是，對于熟悉本領域的人員來說顯而易見的其它的改進實施例也在本發明的范圍內。例如，不一定要由相同數量的部段來形成所有的模塊。用較少的部段來構造穹頂的端部是完全可行的，例如由兩個半圓形部段。將這樣的一個端部模塊連接于一個由四個四分之一弧形部段構成的中心鼓狀模塊也是可行的。而且，還可以考慮用其它新穎的耐高溫材料來制造所述部段和連接件。
權利要求
1．一種帶有一管狀本體的陶瓷燃燒反應器，所述管狀本體包括若干陶瓷的鼓狀模塊和頂部及底部模塊，這些模塊由剛性連接裝置彼此固定，其中，鼓狀模塊包括若干部段，這些部段一起形成一鼓狀模塊，各部段和/或模塊由連接裝置連接在一起。
2．如權利要求1所述的反應器，其中，連接裝置包括連接板和連接夾，其中a．連接板定位在所述部段上的角區附近，并徑向向外延伸；和b．連接夾設有至少一個凹入部分，用于接收至少兩個連接板。
3．如權利要求2所述的反應器，其中，連接板和/或連接夾設有用于防止連接夾從連接板上脫落的固位裝置。
4．如權利要求3所述的反應器，其中，固位裝置包括陶瓷銷，該陶瓷銷可插入連接板和連接夾上的孔中。
5．如權利要求4所述的反應器，其中，陶瓷銷設有橢圓形端板，連接板設有用于接收該橢圓形端板的橢圓形孔。
6．如權利要求3所述的反應器，其中連接夾包括在連接板的邊緣上的和在連接夾的凹入部分內的相配合的凸緣。
7．如權利要求2至6所述的反應器，其中，連接板和/或連接夾由陶瓷材料制成，該陶瓷材料優選帶有與反應器的陶瓷材料相同或相似的性能。
8．如權利要求1-7中任一項所述的反應器，其中，一個鼓狀模塊包括兩至八個部段。
9．如權利要求1-8中任一項所述的反應器，其包括一個錐形阻燃插入件，該插入件具有徑向延伸的支撐，而至少一個模塊的部段設有用于接收插入件的支撐的凹入部分。
10．如權利要求2-9中任一項所述的反應器，其中，連接夾設有兩個對稱的凹入部分，各凹入部分接收兩個相鄰部段上的兩個連接板。
11．如權利要求2-10所述的反應器，其中，連接夾的凹入部分形成為一個細長的槽，該槽的平面包含反應器的中心軸線。
12．如權利要求11所述的反應器，其中，連接夾的細長的槽具有加強筋。
13．如權利要求2-12所述的反應器，其中，連接夾設有加強筋。
14．如權利要求2-13所述的反應器，其中，連接板與所述部段成為一體。
15．如權利要求1-14所述的反應器，其包括一個穹頂端部的模塊。
16．如權利要求9-15所述的反應器，其中，阻燃插入件的支撐設有分離的支撐部分，這些部分插入各部段的凹入部分。
17．如權利要求9-15所述的反應器，其中，阻燃插入件的支撐與所述錐形部分成為一體，所述支撐部分形成為帶有一空心或U形橫截面的桿，這些桿放置在形成在各部段上的相配合的托架中。
18．如權利要求1-17所述的反應器，其中，各部段形成為使得任何數量的部段都可連接成一基本上圓形的模塊。
全文摘要
一種陶瓷燃燒反應器,其具有一管狀本體,該管狀本體包括若干陶瓷的鼓狀模塊(2)和頂部(3)及底部模塊。模塊(2、3)由剛性連接裝置(5)相互固定。按照本發明,鼓狀模塊(2、3)包括若干部段(6、61),這些部段一起形成一個鼓狀模塊(2、3),部段(6、61)和/或模塊(2、3)由連接裝置(5)連接起來。
文檔編號F23C13/00GK1305575SQ9980748
公開日2001年7月25日 申請日期1999年4月16日 優先權日1998年4月17日
發明者A·因諾維烏斯, C·P·A·因諾維烏斯, L·M·因諾維烏斯 申請人:燃燒反應器世界組織有限公司