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Verfahren und Vorrichtung zum Betriebe von durch eine periodisch arbeitende
thermische Fördereinrichtung mit flüssigem Brennstoff gespeisten Bunsenbrennern
Bei den Versuchen zur Schaffung von Lampen, Öfen, Kochern und ähnlichen Vorrichtungen,
deren Brennstofförderung mit Hilfe der neuerdings bekanntgewordenen thermischen
Fördereinrichtungen, im folgenden kurz Thermopumpen genannt, erfolgt, zeigte es
sich sehr bald, daß Vergaser, die bei der bisherigen Förderweise durch in den Behälter
eingepreßte Luft lange Zeit vorzüglich gearbeitet hatten, schon nach kurzer Zeit
versagten; da im Innern des Vergasers rußartige Ablagerungen den Weg des Brennstoffes
verstopften, d. h. es hatte ein Krackprozeß stattgefunden. Da in jedem Falle, ganz
gleich ob Druckluft oder Thermopumpenförderung vorliegt, der Brennstoff im flüssigen
Zustande zum Vergaser gefördert wird, so war die Erscheinung zunächst unerklärlich.
Aber es ist zu berücksichtigen, daß der Brennstoff die Thermopumpe stark vorgewärmt
verläßt und die Möglichkeit, ihn vor dem Eintritt in den Vergaser wieder auf die
normale Temperatur herunterzukühlen, wegen einer Sondereinrichtung der Thermopumpen
erheblich eingeschränkt ist. Dies ist der Windkessel, der dazu dient, die periodischen
Stöße der Thermopumpe zu dämpfen, so daß der Vergaser stets mit gleichmäßigem Dreck
den Gasstrahl ausbläst: Es ist eine bekannte Tatsache, daß der durch den Windkessel
hindurchtretende flüssige Brennstoff bei Zimmertemperatur mit der Zeit die Luft
des Luftpolsters absorbieren würde, so daß der Windkessel seine Funktion nicht mehr
erfüllen könnte. Diese Absorptionsfähigkeit des Brennstoffes ist proportional dem
Druck, macht sich aber nicht mehr bemerkbar, wenn man das Luftpolster erwärmt. Es
ist also nötig, dem oberen Ende des Windkessels während des Betriebes Wärme zuzuführen.
Beispielsweise ist dies bei einer bekannten Ausführung einer Lampe dadurch erreicht,
daß der senkrecht stehende Vergaser unmittelbar auf das obere Ende des Windkessels
aufgesetzt ist und durch Wärmerückleitung dem Luftraum des Windkessels die erforderliche
Temperatur gibt. Praktische Ausführungen derartiger Lampen zeigten in dem Vergaser
starke Neigung zum Kracken. Die Erklärung ist darin zu suchen, daß der ohnehin in
der Thermopumpe bereits stark vorgewärmte Brennstoff durch den Windkessel noch einmal
weiter vorgewärmt wird und wahrscheinlich schon teilweise verdampft in den Vergaser
eintritt. Natürlich ist die dem Brennstoff jetzt als Überhitzungswärme zugeführte
Wärmemenge viel zu reichlich, und eine zu weit getriebene Überhitzung und in Verbindung
mit ihr das Kracken sind die unvermeidliche Folge.
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Durch ein neues Betriebsverfahren, welches den Gegenstand der vorliegenden
Erfindung bildet, ist es gelungen, den geschilderten Übelstand auf das bei Brennern
mit Luftdruckförderung erfahrungsgemäß vorhandene Maß zu beschränken.
Erfindungsgemäß
sind dazu folgende grundsätzliche Forderungen zu erfüllen: i. Einschränkung der
Wärmeübertragung von Windkessel auf den Brennstoff, keine weitere Vorwärmung in
der Zuleitung zum Vergaser, 3. niedrige Vergasertemperatur.
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Durch die Erfüllung dieser Forderungen läßt sich die Bildung von Rückständen
im Vergaser auf das bei Druckförderung normale Maß einschränken, wie die unter Berücksichtigung
obiger Gesichtspunkte gebauten Kocher, Lampen und Ofen zeigen. Im einzelnen sind
zu diesen grundsätzlichen Forderungen noch folgende ergänzende Ausführungen zu machen:
i. Diese Forderung läßt sich erfindungsgemäß dadurch erfüllen, daß die Wärmeübertragung
auf den Luftraum des Windkessels nicht durch die Wärmeleitung der Umhüllung des
flüssigkeitsführenden 'Verbindungsweges von Windkessel und Vergaser, sondern durch
andere Wärmeübertragungsmittel geschieht, wie dies weiter unten an einer Reihe von
Beispielen gezeigt werden soll. Wendet man diesen Grundsatz praktisch an, so ergibt
sich zwangsläufig, daß die Verbindungsstelle von Windkessel und Vergaser nicht mehr
an dem höchsten Punkt des ersteren, sondern wesentlich tiefer, etwa in halber Höhe,
angeordnet werden muß. Man erhält also zwischen dem glockenförmigen Einsatz und
der Hülse ein dünnes Luftpolster und damit eine hinreichend gute Wärmeübertragung
auf den Luftraum, ohne daß die Flüssigkeit unmittelbar erwärmt wird.
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2. Dadurch, daß nicht mehr die Zuleitung vom Windkessel zum Vergaser
den Wärmetransport zum Windkessel besorgt, sondern diesem vielmehr an seinem oberen
Ende gesondert Wärme zugeführt wird, ist es möglich geworden, die Zuleitung vom
Windkessel zum Vergaser so zu dimensionieren und zu führen, daß der Brennstoff auf
seinem Wege vom Windkessel zum Vergaser nicht weiter vorgewärmt wird.
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3. Besondere Maßnahmen bezüglich des Vergasers sind in solchen Fällen
nötig, wo bisher mit verhältnismäßig hoher Überhitzung gearbeitet wurde. Hier muß
erfindungsgemäß dem Vergaser eine entferntere Lage gegeben werden, damit der immerhin
noch vorgewärmte und leichter verdampfbare Brennstoff erst auf dem letzten Teil
seines Weges durch den Vergaser überhitzt wird. Natürlich kann es nun vorkommen,
daß infolge großer Wärmeabfuhr an die Umgebung der Vergaser zu kalt wird; daher
tritt in Fällen, wo dies zu befürchten ist, als weitere Forderung hinzu die Ausschaltung
der abkühlenden Wirkung der Umgebung. Diese nur bei Außenlampen zu stellende Forderung
wird durch geeignete Behälteranordnung erfüllt.
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Werden also die drei oben aufgestellten Forderungen und _ gegebenenfalls
auch die vierte erfüllt, so ergibt sich, daß das neue Betriebsverfahren darin besteht,
daß der Brennstoff zwecks Vermeidung einer weiteren schädlichen Vorwärmung nach
dem Verlassen der Pumpe durch gegen Wärmeaufnahme geschützte Zuleitungsrohre zum
Vergaser geführt wird, daß die Wärmeübertragung auf den Luftraum des Windkessels
nicht durch die Wärmeleitung der Umhüllung des flüssigkeitsführenden Verbindungsweges
von Windkessel und Vergaser, sondern durch Einschaltung beliebiger anderer, fallweise
zu wählender Wärmeübertragungsmittel geschieht, daß gegebenenfalls die Wärmezufuhr
zum Überhitzerteii des Vergasers eingeschränkt wird und erforderlichenfalls Mittel
zur Erreichung einer immer passenden Umgebungstemperatur angewandt werden.
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Je nachdem, ob es sich um Lampen, Ofen oder Kocher handelt, müssen
die Mittel, mit denen die für die vorliegende Erfindung typischen Wirkungen erreicht
werden, mehr oder weniger voneinander abweichen.
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Als Ausführungsbeispiele sind in Abb. i eine Preßgasglühlichtlampe,
Abb.2 ein Strahlungsofen im Querschnitt und in Abb. 3 derselbe im Längsschnitt,
. Abb. q. ein Preßgaskocher und in Abb.5 und 6 eine Preßgasglühlichtsturmlaterne
dargestellt.
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In Abb. i bezeichnet i den Behälter, aus dem die Thermopumpe 2 den
Brennstoff ansaugt. Durch die Auslaßleitung 3, das Druckventil 4., dessen Austrittsseite
mit dem Windkessel 5 in Verbindung steht, und die Zuleitung 6 gelangt der Brennstoff
zum Vergaser 7, dessen Überhitzerschleife io zwischen den Schenkeln des U-förmig
gebogenen Mischrohres S angeordnet ist. Die Beheizung der Thermopumpe erfolgt durch
den vom Mischrohr abgezweigten Hilfsflammenbrenner9. Die Abgase ziehen durch den
Schornstein ii und treten zwischen Dachkappe 12 und Windschutzplatte 13 ins Freie.
Diese besitzt ein Loch, etwa vom Durchmesser des Windkessels, durch das letzterer
hindurchgesteckt ist.
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Um den Forderungen des neuen Betriebsverfahrens zu genügen, weicht,
wie ersichtlich, der Bau der Lampe erheblich von dem bekannter Ausführungen ab.
Zunächst ist das Verbindungsrohr 6 mit sehr kleinem Querschnitt ausgeführt, wodurch
die Wärmeaufnahme verringert wird. Außerdem ist es aber auch gänzlich aus dem Bereiche
sowohl der Abgase als auch der Glühkörperstrahlung herausgenommen. Gegen die an
sich zweckmäßige Verlegung dieses Rohres ins Freie sprechen Schönheitsgründe sowie
insbesondere die Gefahr mechanischer Angriffe. Außerdem führt die durch die Schornsteinwärme
hervorgerufene Luft-
Bewegung in dem ringförmigen Mantelraum die
Wärme gleichmäßiger ab; als dies bei den schwankenden Außentemperaturen möglich
ist.
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Dies gilt noch mehr für den Unterteil des Windkessels, der eine wirksame
Wärmeabfuhr unbedingt benötigt, da sein Luftraum sich erfindungsgemäß im Bereiche
der Abgase befindet. Durch diese Anordnung ist Luftabsorption praktisch ausgeschaltet,
worauf ja im Falle einer Lampe mit Rücksicht auf Gleichmäßigkeit des Lichtes und
lange Brenndauer besonders großer Wert zu legen ist.
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Besonders schwierig war die Durchbildung des Vergasers für diese Lampen.
Nach einer außerordentlich großen Zahl von Dauerversuchen hat sich eine liegende
Bauart mit zwischen den Schenkeln des U-förmig gebogenen Mischrohres angeordneter
Überhitzerschleife zo für größere Lampen als die beste erwiesen. Gegenüber bekannten
Ausführungen ist hierbei die Wärmezufuhr wesentlich verringert, da die Abgase an
dieser Stelle schon sehr viel Wärme an das Gehäuse abgegeben haben. In keinem anderen
Falle war eine so weit gehende Verringerung erforderlich. Der Grund ist zweifellos
darin zu suchen, daß wegen der besonders geschützten Lage des Vergasers die durch
die Thermopumpe hervorgerufene leichte Verdampfbarkeit sich am stärksten auswirken
kann. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, daß das Brennergehäuse in
ausreichendem Maße gegen Abkühlung durch kalten Wind geschützt wird, zweckmäßig
dadurch, daß der ringförmige Behälter = das untere Ende des Gehäuses unter Einhaltung
eines oben offenen Luftzwischenraumes umgibt. Versuche ergaben die unbedingte Notwendigkeit,
den Luftzwischenraum oben offen zu halten, da eine Stauung warmer Luft an dieser
Stelle auf zu hohe Gehäuse- und Behältertemperatur führt, wenn die Lampe in warmen
Räumen brennt.
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In den Abb. 2 und 3 ist ein Strahlungsofen dargestellt. Es bezeichnet
1q das Gehäuse, ja den Brennstoffbehälter. Auf diesem sind der Brenner 15, der Windkessel
5 und die Thermopumpe 2 angeordnet. Vom Brenner 15 ist ein Nebenbrenner g zur Beheizung
.der Thermopumpe 2 abgezweigt. Von dieser führt die Zuleitung 3 zum Druckventil
q., hinter welchem das kurze Verbindungsstück 16 zum Windkessel 5 führt. Die Zuleitung
6 führt zum Vergaser 7a, der im Betriebe von den Glühkörpern 17 beheizt wird. Durch
den Reflektor 18 bzw. die Schutzplatte zg und die Klappe 2o sind Windkessel, Pumpe
und Behälter gegen die Strahlung der Glühkörper gedeckt. Um das obere Ende des Windkessels
5 ist ein Wärmeleiter 21 gelegt, der an. einen der Glühkörper 17 herangeführt ist.
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Die Durchführung des neuen Betriebsverfahrens erfordert in diesem
Falle außer einem kleinen Querschnitt des zum Vergaser 711 führenden Zuleitungsrohres
6 insbesondere einen guten Schutz dieses Rohres gegen Wärmestrahlung, der sich besonders
zweckmäßig durch den Reflektor 18 bzw. die Schutzplatte z9 erreichen läßt. Dasselbe
gilt für das Unterteil des Windkessels. Der Schutz gegen Erwärmung ist in diesem
Falle so wirksam, daß als besonderes Mittel zur Warmhaltung des Luftpolsters ein
Wärmeleiter vorgesehen werden muß. Der Vergaser 7a ist so angeordnet, daß seine
Beheizung ausschließlich durch die Strahlung der Glühkörper erfolgt. Diese Anordnung
ist zwar an sich auch für Förderung mittels eingepreßter Luft geeignet; ihr besonderer
Vorteil, die verhältnismäßig niedrige Dampftemperatur, kommt aber erst bei Thermopumpenförderung
insofern zur Geltung, als das nach früheren Erfahrungen zu erwartende stärkere Kracken
nicht eintritt.
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In Abb. q. bezeichnet =b den Behälter eines Kochers, an dem mittels
der Flanschplatte 22 die Thermopumpe 2 befestigt ist. Von dem Brenner 75, dessen
Brennerkopf 23 eine Kleinstellflamme 24 besitzt, ist das Rohr 95 zur Beheizung der
Thermopumpe abgezweigt. Zur Aufnahme der Thermopumpe und des Windkessels 5 dient
das Gehäuse 25. Es besitzt Lüftungslöcher 26. Das Auslaßrohr 3 führt zu dem am Windkessel
befindlichen Auslaßventil q. der Pumpe. Von dort geht das mit kleinem Querschnitt
ausgeführte Zuleitungsrobr 6 zum Brenner.
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Allgemein ist zu sagen, daß die Anforderungen an einen Kocher der
dargestellten Art bezüglich der Betriebsdauer und der Gleichmäßigkeit des Druckes
nicht so weitgehend sind wie im Falle der Lampe und des Ofens. Es genügt daher,
in diesem Falle das Zuleitungsrohr 6 zum Brenner mit kleinem Querschnitt auszuführen
und den Windkessel in das auch die Thermopumpe aufnehmende Gehäuse 25 einzubauen.
Die seitlichen Löcher 26 sind so angeordnet, daß sie wohl dem Kondensator und der
Ramme der Pumpe und ebenso dem Unterteil des Windkessels eine geringe Kühlung, zu
geben vermögen, aber nicht imstande sind, das Luftpolster des Windkessels wesentlich
zu kühlen. Da außerdem das Gehäuse verhältnismäßig eng ist und auch wegen des großen
Abstandes vom Brenner keine Schornsteinwirkung eintritt, so genügt die Anordnung
vollständig, um das Luftkissen des Windkessels für einige Stunden warm zu halten.
Die erforderliche niedrige Vergasungstemperatur wird in diesem Falle dadurch erreicht,
daß der Brenner mit einem unterhalb des Hauptflammenbrennerkopfes 23 angeordneten
Kleinstellbrennerkopf 24 ausgerüstet wird, der allein die Beheizung des Vergasungsraumes
besorgt, während bei bekannten Brennern zu diesem Zwecke die Hauptflamme benutzt
wird.
Hinzuzufügen wäre noch, daß die für die Vergasung auf Grund
der Forderungen des neuen Verfahrens getroffenen Maßnahmen im allgemeinen auch bei
Druckförderung trotz der, niedrigeren Vergasungstemperatur befriedigende Ergebnisse
zeigten. Hierbei ist allerdings die Einschränkung zu machen, daß die bei der Außenlampe
getroffene Vergaseranordnung aus leicht verständlichen Gründen für Druckförderung
bei kalter und stürmischer Witterung auf keinen Fall ausreichen würde, während entsprechende
Versuche mit Thermopumpenförderung erfolgreich waren.
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.Nur in einem Falle war mit dem normalen Vergaser ein befriedigendes
Ergebnis zu erzielen, nämlich bei einer in Abb. 5 und 6 dargestellten Sturmlaterne.
Hierbei bedeutet ic den Behälter, 2 die thermische Förderpumpe, 3 die Zuleitung
zum Druckventil q., dessen Auslaßseite mit dem Windkessel 5 in Verbindung steht.
Die Zuleitung 6 führt zum Vergaser 7c. Der Bau des Brenners mit seinem Mischrohr
8c ist bekannt, mit Ausnahme des abgezweigten Rohres 9°, das zu dem die Thermopumpe
beheizenden Hilfsbrenner führt. Der Vergaser besitzt eine Überhitzerschleife io.
Das Kondensatorrohr der Thermopumpe ist in ein schornsteinartiges Gehäuse 25e eingeschlossen,
das an beiden Enden Lochungen 26c besitzt. Der Laternenuntermantel 27 wird durch
den Zwischenboden 28 in seiner Stellung gehalten. Dieser ist mit Hilfe der Mutter
29 an den Windkessel angeschraubt, daß der Luftraum des Windkessels in den Innenraum
der Lampe hineinragt.
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Nach Abb. 6 kann das Ventil q. auch unmittelbar unten am Vergaser
7r angeordnet sein, wobei die Zuleitung 6 entfällt.
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Wie bei der Hängelampe ist zur Durchführung des neuen Verfahrens auch
hier das Zuleitungsrohr 6 mit kleinem Querschnitt ausgeführt und gegen Strahlung
durch den Zwischenboden 28 geschützt. Baulich noch einfacher ist die Anordnung der
Abb. 6, bei der das Auslaßventil der Pumpe unmittelbar an dem noch verhältnismäßig
kalten unteren Vergaserende angeordnet ist. -In beiden Fällen ist das Zuleitungsrohr
3 gegen Strahlung durch das Pumpengehäuse 250 und den Zwischenboden 28 geschützt.
Auch der Windkessel steht mit seinem Unterteil in einem verhältnismäßig kühlen Raum,
während sein Luftraum in den Innenraum der Lampe hineinragt, also der Strahlung
des Glühkörpers ausgesetzt ist. Während des Betriebes wird also der Luftraum durch
die ihn aus einiger Entfernung treffende Strahlung des Glühkörpers warm gehalten,
so daß Absorption vermieden wird. Der Vergaser unterscheidet sich nicht von dem
der bisherigen Lampen mit Druckluftförderung. Die Betriebsergebnisse waren gut.
Der Grund ist natürlich darin zu suchen, daß in diesem Falle auch schon früher der
Brennstoffdampf nur mäßig überhitzt wurde. Nichtsdestoweniger würde auch in diesem
Falle ohne die durch das neue Verfahren bezüglich des Windkessels veranlaßten Maßnahmen
in Übereinstimmung mit Beobachtungen an bekannten Lampen ein Mißerfolg eingetreten
sein.