Titel: Schinz's Gasofen mit selbstwirkendem Regulator.
Autor: Schinz, C.
Fundstelle: 1856, Band 142, Nr. LXIII. (S. 261–279)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj142/ar142063

LXIII. Gasofen mit selbstwirkendem Regulator für metallurgische und andere Operationen, welche eines intensiven Feuers bedürfen; von C. Schinz, Pyrotechniker in Philadelphia.

Aus der schweizerischen polytechn. Zeitschrift, 1856, Bd. I S. 93.

Mit Abbildungen auf Tab. IV.

Die Intensität oder Temperatur eines Feuers hängt theils von der Zusammensetzung des Brennmaterials, theils und noch mehr, von der Luftmenge ab, die zu dessen Verbrennung verwendet wird.

Um dieß anschaulich zu machen und die Quantität an Wärme sowohl, als die Intensität des Feuers für verschiedene Materialien anzugeben, dient folgende Tabelle.50)

Tab. I.
Zusammensetzung verschiedener Arten von Brennmaterial und Wärmequantitäten, die jedes derselben erzeugen kann.

Textabbildung Bd. 142, S. 261

Diese Wärmequantitäten werden unter allen Umständen erzeugt, sobald aller Kohlenstoff zu Kohlensäure und aller Wasserstoff zu Wasser verbrannt |262| wird, sobald aber Mangel an Sauerstoff vorhanden ist, so bildet der Kohlenstoff eine andere Verbindung, nämlich Kohlenoxyd-Gas; und da 1 Pfd. Kohlenstoff zu Kohlenoxyd verbrannt nur 2442 Wärme-Einheiten erzeugt, während dieselbe Menge Kohlenstoff zu Kohlensäure verbrannt, 14500 Wärme-Einheiten hervorbringt, so wird die aus dem Brennmaterial hervorgebrachte Wärmemenge im Verhältniß zu dem erzeugten Kohlenoxyd vermindert.

Tab. II.
Wärmequantitäten, welche aus verschiedenen Brennmaterialien erzeugt werden in dem Falle, wo aller Kohlenstoff nur zu Kohlenoxyd verbrannt wird.

Lufttrockenes Holz per Pfund 1397 Wärme-Einheiten.
Fette Steinkohlen „ 4160 „
Holzkohle „ 2271 „
Kohks „ 2075 „
Anthracit „ 3747 „

Die Wärmeverluste sind daher in diesem Falle für die erwähnten Brennstoffe:

77. 70. 83. 83 und 75 Proc.

Obgleich diese Tabelle einen extremen Fall repräsentirt, wo nämlich gar keine Kohlensäure entsteht, welcher Fall bei gewöhnlichen Feuerungen wohl niemals wirklich stattfindet, so zeigt dieselbe doch, welche empfindliche Verluste die Entstehung und Entweichung von irgendwelchem Kohlenoxyd-Gas hervorbringt.

Wenn die Zusammensetzung eines Brennmaterials bekannt ist, so kann man leicht die zu dessen Verbrennung nothwendige Luftmenge berechnen, da 6 Theile Kohlenstoff 8 Theile Sauerstoff erfordern, um Kohlenoxyd zu bilden, und 16 Theile Sauerstoff zur Verbrennung zu Kohlensäure. So braucht 1 Theil Wasserstoff 8 Theile Sauerstoff, um erstern zu Wasser zu verbrennen.

In der folgenden Tabelle sind diese Berechnungen für die zwei Fälle gegeben, nämlich für die Verbrennung des Kohlenstoffes zu Kohlenoxyd und zu Kohlensäure.

|263|

Tab. III.
Erforderliche Luft zur Verbrennung verschiedener Brennmaterialien.


1 Pfund
erfordert
zur vollkommenen
Verbrennung
zur
unvollkommenen
Verbrennung.
Kubikfuß Luft. Kubikfuß Luft.
Lufttrockenes Holz 60,3 31,6
Fette Steinkohle 133,7 85,8
Holzkohle 135,1 62,9
Kohks 123,5 61,7
Anthracit 143,6 77,1

Obgleich diese Berechnungen theoretisch vollkommen richtig sind, so verhält sich die Sache in der Praxis aus folgenden Gründen anders:

Wenn das Brennmaterial in einer dünnen Schichte auf dem Roste liegt und ein lebhafter Zug stattfindet, so wird zwar aller Kohlenstoff zu Kohlensäure verbrannt, aber der Ueberschuß an Luft, der durch das Brennmaterial hindurchströmt, verursacht einen Verlust, indem er viele Wärme durch den Kamin abführt, und selbst in den best construirten Herden ist dieser Ueberschuß immer doppelt so viel, als obige Tabelle für die theoretischen Luftquantitäten angibt.

Wird die Brennmaterialschicht auf dem Roste dick gemacht, so entweicht wenig oder keine Luft unverbrannt, aber es ist in diesem Falle unmöglich, die Bildung von Kohlenoxyd-Gas zu vermeiden, welches der Verbrennung entzogen bleibt, und so einen, wie Tab. II zeigt, noch empfindlicheren Verlust an Wärme verursacht.

Dennoch, trotz diesem bedeutenden Verluste, wird in der Praxis dem Brennmaterial überall eine beträchtliche Dicke auf dem Roste gegeben, wo es Absicht ist eine große Intensität des Feuers zu erhalten, und wir werden es versuchen, diese Praxis als der Theorie entsprechend zu erklären.

Eine Wärme-Einheit ist so viel Wärme, als nöthig ist, um 1 Pfd. Wasser um einen Grad Fahrenheit zu erwärmen. Um 1 Pfd. Luft um einen Grad zu erwärmen, wird weniger Wärme, nur 0,2377 Wärme-Einheiten erfordert, und diese letztere Zahl wird die specifische Wärme der Luft genannt. Aus der specifischen Wärme kann nun auch die Wärmecapacität oder die Menge von Wärme berechnet werden, die von der Volumen-Einheit eines Stoffes aufgenommen wird, um auf einen Grad |264| erwärmt zu werden; so z.B. verlangt 1 Kubikfuß Luft 0,018575 Wärme-Einheiten.

In der folgenden Tabelle sind die specifische Wärme und die Wärme-Capacitäten für verschiedene Gase gegeben, welche für unseren Gegenstand von Wichtigkeit sind.

Tab. IV.
Specifische Wärme und Wärme-Capacität verschiedener Gase.

Specifische Wärme. Capacität der Wärme.
Atmosphärische Luft 0,2377 0,018575
Stickstoffgas 0,2440 0,018839
Kohlensäure 0,2164 0,026858
Kohlenoxyd-Gas 0,2479 0,019133
Wasserdampf 0,4750 0,023534

Mit diesen Zahlen, welche das Resultat der genauesten und sorgfältigsten Versuche sind, können wir nun die Temperatur irgend eines Feuers berechnen, wenn die Zusammensetzung des Brennmaterials, die von demselben in der Zeiteinheit verbrannte Quantität und die Qualität der Verbrennungsproducte bekannt sind.

Aus diesen Grundlagen zur Berechnung geht hervor, daß die Temperatur eines und desselben Feuers, selbst im gleichen Feuerherd Variationen unterworfen seyn muß; jedoch können wir drei allgemeine Fälle feststellen, nämlich:

1) vollkommene Verbrennung mit den theoretisch erforderten Luftquantitäten;

2) vollkommene Verbrennung mit der doppelten Luftmenge, wie solche in den meisten Feuerungen vorkommt, wo nicht besonders Intensität des Feuers beabsichtigt wird;

3) unvollkommene Verbrennung, bei welcher ein Theil des Brennmaterials (wir nehmen an die Hälfte) als Kohlenoxyd entweicht.

|265|

Tab. V.

Textabbildung Bd. 142, S. 265
|266|

Werden nun diese Verbrennungsproducte mit den ihnen zukommenden specifischen Wärmen multiplicirt, so erhält man, wie in Tab. VI verzeichnet, die specifische Wärme der Verbrennungsproducte von je einem Pfunde dieser Brennmaterialien.

Tab. VI.
Specifische Wärme der Verbrennungsproducte, welche aus der Verbrennung von einem Pfund der folgenden Brennmaterialien entstehen.

Vollkommene Verbrennung Unvollkommene
Ein Pfund ohne
Luftüberschuß
mit
Luftüberschuß
Verbrennung
Lufttrockenes Holz 1,532 2,652 1,279
Fette Steinkohle 2,781 5,265 2,206
Holzkohle 2,763 5,282 2,156
Kohks 2,525 4,826 1,972
Anthracit 2,982 5,701 2,346

Werden nun die in Tab. I niedergelegten Werthe für die Wärmemengen, die jedes Brennmaterial zu geben vermag, durch diese specifischen Wärmemengen dividirt, so erhalten wir die Temperaturen, welche in den erwähnten drei Fällen entstehen, nämlich:

1) wenn die Luftmenge genau der theoretisch berechneten entspricht;

2) wenn diese doppelt so groß ist;

3) wenn (wie wir supponirt haben) die eine Hälfte des Kohlenstoffes zu Kohlenoxyd, die andere zu Kohlensäure verbrannt wird.

|267|

Tab. VII.
Die unter verschiedenen Umständen erhaltenen Temperaturen durch Verbrennung verschiedener Brennmaterialien.

Vollkommene Verbrennung Unvollkommene
ohne
Luftüberschuß
mit
Luftüberschuß
Verbrennung
Lufttrockenes Holz 4120° F. 2318° F. 2949° F.
Fette Steinkohle 5029 2653 4113
Holzkohle 4881 2553 3770
Kohks 4881 2554 3651
Anthracit 4956 2592 3949

Diese Resultate sind von großer Wichtigkeit und völlig zuverlässig, insofern die Bedingungen, auf die sie basirt sind, eingehalten werden.

Die in der ersten Colonne enthaltenen Resultate sind rein theoretisch, und zeigen uns, wie weit die Temperatur des Feuers gesteigert werden kann, wenn man im Stande seyn wird, den Bedingungen, auf die sie basirt sind, zu genügen.

Die Resultate der zweiten Colonne sind diejenigen der praktischen Beobachtung und controlirt durch die Analyse der Verbrennungsproducte.

Die in der dritten Colonne niedergelegten Zahlen sind natürlich bloß imaginär, da eine variable dicke Schicht von Brennmaterial auf dem Roste, der Zustand der Vertheilung des Brennmaterials, der mehr oder weniger starke Zug und andere Umstände die Qualität der Verbrennungsproducte fast in jedem Zeitmomente verändern können. Der in der Tabelle supponirte Fall ist jedoch gewiß der allergünstigste, der in ähnlichen Verhältnissen stattfinden kann.

Die in der zweiten und dritten Colonne repräsentirten Fälle werden als extensive und intensive Feuerung bezeichnet.

Extensive Feuerung wird in allen Fällen angewandt, wo der zu erwärmende Körper nur eine niedrigere Temperatur verlangt, wie z.B. bei der Beheizung unserer Wohnungen, der Erzeugung von Dampf u.a.m.; intensive Feuerung dagegen wird in manchen Künsten und besonders bei metallurgischen Operationen angewandt.

|268|

Aus den vorstehenden Betrachtungen geht hervor, daß bei der intensiven Feuerung im günstigsten Falle immer 4/10 oder 40 Procent der Wärme verloren gehen, welche das Brennmaterial unter anderen Umständen zu geben im Stande wäre, daher auch diese Art der Feuerung nur da angewandt wird, wo die Natur der beabsichtigten Operation Intensität des Feuers durchaus erfordert.

Damit ist aber keineswegs gesagt, daß bei extensiver Feuerung nicht auch sehr bedeutende Wärmeverluste stattfinden können; es ist im Gegentheil bekannt, daß in der Praxis in den meisten Fällen die Verbrennungsproducte bei weit höherer Temperatur durch den Kamin abströmen als zur Hervorbringung des Zuges nöthig wäre.

Wir kommen nun zu der Frage, ob künstliche, mechanische Mittel zur Hervorbringung des Zuges bei einer Feuerung über das gewöhnliche Mittel eines Kamines Vortheile biete?

Der durch den Kamin hervorgebrachte Zug beruht auf den Gesetzen des Falles und auf der Gewichts-Differenz zwischen den warmen Gasen im Kamine und einer gleichen Säule kalter Luft.

Nehmen wir z.B. einen Kamin von 1 Quadratfuß Querschnitt und 50' Höhe, so ist das Gewicht dieser Luft bei 32° Frht. = Pfd. 3,99; wird nun diese auf 572° Frht. erwärmt, so dehnt sie sich auf 104,97 Kubikfuß aus, und diese heiße Luft wird nach folgender Formel mit der Geschwindigkeit v ausströmen.

Textabbildung Bd. 142, S. 268

2 g ist die Intensität des Falles = 64',

h die Höhe des Kamines = 50',

a der Ausdehnungs-Coefficient = 0,002036 und

t die Temperatur, welche diese Ausdehnung bewirkt, und in diesem Falle = 540° Frht.

Aus diesen Werthen ergibt sich die Geschwindigkeit per Secunde zu 18,76 Fußen.

Diese 18,76 Kubikfuße von 572° Frht. wiegen

x : 18,76 = 3,99 : 104,97 = Pfd. 0,713,

diese werden also per Secunde um 18,76 Fuß gehoben, oder Pfd. 1 wird gehoben auf 13,7', was in Pferdekräften ausgedrückt 13,7/543 = 0,0252 ausmacht.

Die Wärmemenge, welche die heißen Gase durch den Kamin fortführt, beträgt per Stunde

|269|

3600 × 0,713 × 0,2377 × 540 = 339288 Wärme-Einheiten,

und diese sind äquivalent mit 339288/14780 = Pfd. 23 Kohle.

Zum Betriebe einer Dampfmaschine werden per Stunde und per Pferdekraft Pfd. 8,5 Kohle erfordert, was auf 0,0252 Pferdekräfte nur Pfd. 0,2142 ausmacht.

Der Aufwand an Wärme oder deren Aequivalent an Brennstoff ist also für den Kamin 107 Mal größer, als wenn dieselbe Arbeit durch eine Dampfmaschine geleistet wird.

Es muß jedoch bemerkt werden, daß in manchen Fällen die durch den Kamin abgehende Wärme keine bessere Verwendung finden kann, und daß daher die Anwendung einer mechanischen Kraft nur in gewissen speciellen Fällen, aber dann entschieden mit Vortheil angewendet wird.

Dagegen hat die Krafterzeugung durch abgehende Wärme vermittelst eines Kamines manche Unvollkommenheiten und Nachtheile. Diese Krafterzeugung ist niemals constant und wird durch viele Ursachen gestört, wie z.B. durch den Zustand der Atmosphäre, durch die Absorption von Wärme durch die Wandungen des Kamins, durch die variable Absorption der Wärme, ehe die Verbrennungsproducte den Kamin erreichen, und besonders durch die ungleichen Quantitäten von Brennmaterial, die in der Zeiteinheit verbrannt werden.

Der nöthige Kraftaufwand selbst wechselt ebenfalls, indem ein Theil desselben durch Reibung absorbirt wird, theils

  • 1) durch die Strömung der Luft durch die Schicht des Brennmaterials,
  • 2) durch die Canäle, und
  • 3) durch den Kamin selbst.

Diese Reibung vermehrt sich im Verhältniß des Quadrates der Geschwindigkeit mit der die Gase durchströmen, folglich auch durch Vermehrung des in der Zeiteinheit verbrannten Materials, so daß es kaum möglich ist, mit irgend welcher Genauigkeit die Zuströmung frischer Luft zu dem Brennmaterial zu controliren, zu berechnen und zu reguliren.

Uebrigens wird der Zug eines Kamines neben den angeführten Ursachen der Unregelmäßigkeit noch besonders 1) durch Ungleichheit der Größe der einzelnen Stücke des Brennmaterials und 2) durch die Unregelmäßigkeit der Schichthöhe derselben beeinträchtigt.

Um die erstere dieser Ursachen der Störung zu umgehen, ist eine sorgfältige Zubereitung und Sortirung der Stücke des Brennmaterials nothwendig, was mit bedeutenden Kosten begleitet ist. Zur Regulirung der Schichthöhe des Materials auf dem Roste sind eine Menge von verschiedenen |270| Apparaten erfunden, vorgeschlagen und probirt worden, aber keiner derselben hat sich in der Praxis als hinreichend einfach und zweckmäßig erwiesen. Die meisten dieser Apparate beabsichtigten, durch eine mechanische Kraft den Herd continuirlich mit Brennmaterial zu speisen; aber die angewandten Mechanismen sind immer complicirt und der Kraftaufwand zu groß, um einen praktischen Nutzen zu gewähren.

Die Einführung eines Gebläses zur Hervorbringung des zur Verbrennung nöthigen Luftzuges muß daher für sehr viele Fälle als ein Fortschritt angesehen werden, indem dadurch eine constantere Luftspeisung, eine bessere Benutzung und Ausnutzung der erzeugten Wärme ermöglicht wird; aber das Gebläse allein umgeht noch nicht die Schwierigkeiten, welche die wechselnde, unregelmäßige Schichthöhe des Brennmaterials hervorbringt, welche, wie gezeigt, Unterschiede in der Qualität der Verbrennungsproducte, und folglich auch in der Quantität der erzeugten Wärme, sowie eine variable Absorption an Kraft verursacht.

Aus dem Voranstehenden können wir folgende Schlüsse ziehen:

  • 1) Die Zuführung der Luft, die zur Verbrennung dienen soll, durch ein mechanisches Mittel, ist nicht nur wohlfeiler als durch einen Kamin, sondern zugleich ein Mittel, manche der Unvollkommenheiten, die dem Zuge durch den Kamin eigen sind, zu umgehen.
  • 2) Die sorgfältige Zubereitung der Brennmaterialien, obgleich bis zu einem gewissen Grade kostspielig, darf nicht unterlassen werden, wenn es darum zu thun ist, ökonomische Benutzung des Materials zu erzielen.
  • 3) Daß die Unregelmäßigkeiten in der Schichthöhe des Brennmaterials als eine praktische Schwierigkeit angesehen werden müssen, die bisanhin noch nicht mit Erfolg umgangen wurde.
  • 4) Theils von dieser letztern Ursache, theils von anderen noch zu erwähnenden herrührend, ist es bisanhin in der Praxis noch nicht möglich gewesen alle Wärme, die eine gegebene Quantität Brennmaterial theoretisch zu geben vermag, theils zu erzeugen, theils nutzbar zu verwenden.

––––––––––

In dem bisher Gesagten wurde dargethan, daß Pf. 1 Anthracit fähig ist 14780 Wärme-Einheiten und eine Temperatur von 4956° Fhrt. hervorzubringen, aber wir haben zugleich einige der Gründe angegeben, warum in der Praxis diese theoretischen Werthe niemals erreicht werden. Die angegebene absolute Wärmemenge kann zwar erreicht werden, aber |271| es bedingt dieß die Zuführung einer doppelt so großen Luftmenge als theoretisch nöthig wäre, wodurch, wie gezeigt, eine große Menge der Wärme unbenutzt durch das Kamin abgeht.

In England und den Vereinigten Staaten von Nordamerika, wo die Brennmaterialien wohlfeil und in Menge vorhanden sind, ist die Ersparniß derselben kein Gegenstand von ebenso großer Wichtigkeit als in Frankreich und Deutschland, wo in manchen Gegenden der Preis derselben zwei- bis viermal so groß ist als in den ebenangeführten Ländern.

Die Roth hat daher in Frankreich sowohl als in Deutschland die Bestrebungen von Chemikern und Ingenieuren dahin gelenkt, Mittel zu finden, die Brennmaterialien mit mehr Oekonomie zu verwenden, und diese Bestrebungen haben, durch eine Reihe von Jahren hindurch fortgesetzt, zu solchen Erfolgen geführt, daß es möglich geworden ist nicht nur mit wohlzubereiteten Brennmaterialien, sondern auch aus allerlei brennbaren Abfällen solche Wärmemengen zu erzeugen, die den theoretisch berechneten gleichkommen.

Das Princip, durch welches dieses Resultat praktisch erreicht wurde, ist theoretisch vollkommen richtig, und besteht in der vorausgehenden Verwandlung des Brennmaterials in brennbare Gase, welche dann an einem anderen Orte als dem wo sie erzeugt werden, durch Zuführung der theoretisch richtigen Luftmenge verbrannt werden.

Eine Schichthöhe, die zwischen 2 1/2 bis 4 Fuß, je nach der Qualität und die Größe der Stücke des Brennmaterials, wechselt, bewirkt daß aller im Material enthaltene Kohlenstoff in der Form von Kohlenoxydgas weggeht. Enthält das Brennmaterial auch freien Wasserstoff, so wird derselbe so zersetzt, daß die wasserstoffhaltigen Verbindungen entweichen, ehe der Rest des Kohlenstoffes sich mit Sauerstoff verbinden kann, und diese flüchtigen Producte werden, wie das Kohlenoxydgas, an der Stelle verbrannt, wo diese Gase und Dämpfe mit der zweiten Luftzuführung in Berührung kommen.

Werden diese Gase und Dämpfe vollständig verbrannt, so daß alles Brennmaterial in Kohlensäure und Wasser aufgeht, so muß natürlich nicht nur alle Wärme erzeugt werden, welche das Material zu geben im Stande ist, sondern es muß auch zugleich, wenn nämlich die zwei Luftquantitäten diejenige, welche dem Brennmaterial, und diejenige, die den Gasen und Dämpfen zugeführt wird, genau abgemessen sind, die größtmögliche Intensität des Feuers entstehen.

Dieses genaue Abmessen aber der zwei Luftquantitäten ist oder war bisanhin eine praktische Schwierigkeit beim Betriebe dieser sonst vortrefflichen Gasöfen.

|272|

Würden beide Portionen Luft unter gleichem Drucke eingeführt werden können, so würde die Abmessung derselben keiner Schwierigkeit unterliegen, aber um eine vollkommene Mischung der brennbaren Gase und der sie zu verbrennen bestimmten Luft hervorzubringen, ist es nothwendig daß die Gase und die Luft mit sehr verschiedener Geschwindigkeit zusammenströmen.

Diese Schwierigkeit wird noch erhöht durch den Umstand, daß die zur Verbrennung der Gase dienende Luft, wenn nicht durchaus nothwendig, doch aus mancherlei guten Gründen vortheilhaft erwärmt wird, ehe sie mit den Gasen gemischt wird.

––––––––––

Wir wollen nun zuerst eine Beschreibung des sich selbst regulirenden Gasofens (self-regulating Gasfurnace) geben, für welchen der Verfasser unterm 4. Decbr. 1855 in den Vereinigten Staaten ein Patent erhalten, dabei aber bemerken, daß die Construction des eigentlichen Ofens das Verdienst von Hrn. Director Thoma in Liswenskoi Sawod am Ural ist51), und daß der Patentinhaber nur die praktische Ausführung der Abmessung der beiden Luftquantitäten unter verschiedenem Drucke als seine Erfindung in Anspruch nimmt, mit der jedoch einem bedeutenden Uebelstande abgeholfen ist, indem selbst mit genau gearbeiteten Schieber-Ventilen der gewöhnliche Arbeiter, wie die Erfahrung gezeigt, nicht im Stande ist, eine auch nur annähernd genaue und richtige Vertheilung der beiden Luftströme zu bewirken.

Fig. 12 ist ein Verticaldurchschnitt durch die Länge des Ofens.

Fig. 13 ist ein Verticaldurchschnitt durch dessen Breite nach der Linie yz, Fig. 12.

Fig. 14 ist ein Verticaldurchschnitt durch dessen Breite nach der Linie wx, Fig. 12.

a ist der mit Brennmaterial zu füllende Generator mit den von beiden Seiten einmündenden Düsen b, b.

c ist ein Cylinder von Guß oder Eisenblech mit gut aufgepaßtem Deckel. Zwischen demselben und dem Generator a ist ein Schieber, der, durch das Rad d bewegt, die Communication aufhebt oder zuläßt.

|273|

e ist ein gemauerter Canal, durch welchen die Gase aus dem Generator a austreten; hinter diesem liegt die Düsenröhre f, und in g findet die Mischung des Gases mit der durch die Düsen f eingeblasenen heißen Luft statt.

h, h ist der eigentliche Herd, in welchem das Feuer wirken soll; die noch sehr heißen Verbrennungsproducte, welche hier abströmen, gehen durch die Canäle k, k, Fig. 13, und umspülen die große ovale Guß- oder Schmiedeisenröhre i, i. Diese dient die durch die Düsen f zu blasende Luft zu erhitzen, und empfängt die kalte Luft durch eine innere Röhre im hintersten kältesten Theile; von da muß sich die Luft, indem sie sich immer mehr erwärmt und immer mit heißeren Stellen der Röhre i, i in Berührung kommt, nach der Mündung des inneren Rohres m, m begeben und wird aus dieser durch die Röhren n, n, Fig. 14, in die Düsenröhre f, f geführt.

o, o ist ein viereckiger Canal, der mit dem vom Gebläse herkommenden Hauptrohre p, p in Verbindung steht und kalte Luft in den Generator a durch die Düsen b, b führt.

Da nun erforderlich ist, dem Generator a eine völlig gleiche oder genau proportionale Luftmenge dem Gewichte nach zuzuführen, wie den Düsen f, f, diese letztere Portion aber durch vorangehende Erhitzung sehr bedeutend ausgedehnt wird, so ist eine Regulirung des Luftzuflusses nothwendig, welche dem Betrage dieser Ausdehnung, oder wenn man lieber will, der diese bewirkenden Temperatur Rechnung trägt.

Nehmen wir nun an, der Ventilator liefere per Secunde 2 Kubikfuß Luft, von denen einer durch die Röhre o, o, der andere durch f, f gehen soll. Dieser letztere Kubikfuß wird sich durch Erwärmung ausdehnen:

bei 142° Frht zu. 1,224 Kubikfuß
„ 252 „ 1,448 „
„ 362 „ 1,672 „
„ 472 „ 1,896 „
„ 582 „ 2,120 „
„ 692 „ 2,344 „

Nehmen wir ferner an, die sieben Düsen (conischen Ansatzröhren) f, f haben jede 1'' Durchmesser, so wird der Gesammt-Querschnitt dieser sieben Ansatzröhren 5,4978 Quadratzolle seyn; da aber beim Durchgange der Luft durch diese Röhren eine Contraction stattfindet, so ist dieser Querschnitt zu reduciren auf:

5,4978 × 0,94 = 5,167932 Quadratzoll = 0,03588 Quadratfuß.

Bezeichnen wir nun diesen constanten Querschnitt durch S, das durch selben hindurchgehende Luftvolumen durch Q, die Geschwindigkeit, mit der |274| diese Luft durchströmt, durch V, und den Druck, welcher dieser Geschwindigkeit zukommt, durch h, so haben wir: Q/S = V.

Daher ist V bei 32° Frht. = 27,9 Fuß,
„ 142° „ = 34,1 „
„ 252° „ = 40,3 „
„ 362° „ = 46,6 „
„ 472° „ = 52,8 „
„ 582° „ = 59,1 „
„ 692° „ = 65,3 „

h ist dann V²/64,3 und h' der manometrische Druck in Zollen Wasser ausgedrückt

= V²/(64,3 ¹/0,0013) × 12 = h'

h' ist daher bei 32° Frht. = 0,188 Zolle
„ 142° „ = 0,282 „
„ 252° „ = 0,394 „
„ 362° „ = 0,527 „
„ 472° „ = 0,677 „
„ 582° „ = 0,846 „
„ 692° „ = 1,035 „

Diese verschiedenen Drucke müssen natürlich auch auf die Röhre o, o zurückwirken, und würde der Querschnitt derselben sich nicht ändern können, so müßte nothwendig durch dieselbe zwar ein gleiches Volumen von Luft wie durch f, f gehen, aber es würde die absolute Quantität, das Gewicht dieser beiden Luftmengen, sehr verschieden seyn.

Welcher Querschnitt ist nun der Röhre o, o vermittelst der Klappe q zu geben, damit derselbe den verschiedenen Drucken entspreche?

Es sey S' dieser veränderliche Querschnitt;

Q ist constant 1 Kubikfuß;

V als Function von h bleibt wie oben.

Daher wird der Querschnitt für jeden einzelnen Fall durch die Formel S' = Q/V gegeben, und daher ist

bei 32° Frht. S' = 5,168 Quadratzolle
„ 142° „ „ = 4,222 „
„ 252° „ „ = 3,568 „
„ 362° „ „ = 3,091 „
„ 472° „ „ = 2,726 „
„ 582° „ „ = 2,438 „
„ 692° „ „ = 2,205 „
|275|

Nehmen wir an, die prismatische Röhre o, o messe inwendig in jeder Richtung 4'', so muß die Klappe q gehoben werden:

um 2,508 Zolle, um den Querschnitt von 5,168 Quadratz. zu geben
„ 2,945 „ „ „ „ 4,222 „ „
„ 3,108 „ „ „ „ 3,568 „ „
„ 3,227 „ „ „ „ 3,091 „ „
„ 3,319 „ „ „ „ 2,726 „ „
„ 3,391 „ „ „ „ 2,438 „ „
„ 3,449 „ „ „ „ 2,205 „ „

Nun hat es nicht die mindeste Schwierigkeit, die Klappe q mit der größten Genauigkeit auf die für jeden einzelnen Fall erforderliche Höhe zu heben, aber die Schwierigkeit ist die, zu wissen, wie viel die Luft in f, f ausgedehnt sey, oder, was auf dasselbe herauskommt, bis zu welcher Temperatur dieselbe erwärmt sey? Dieß könnte möglicherweise durch einen Thermometer geschehen; aber da die Temperatur sehr oft wechseln muß, so würde die Beobachtung und die Stellung der Klappe q beständige Aufsicht und Thätigkeit in Anspruch nehmen.

Bis dahin wurde die dem Gasgenerator zugeführte kalte Luft durch ein Schieberventil bloß nach dem Ermessen der Arbeiter zugelassen, und es ist leicht zu begreifen, daß dieß eine bedeutende Schwierigkeit in der praktischen Anwendung von Gasöfen gewesen ist; daher muß auch eine Vorrichtung, welche den Zufluß dieser Luft mit Genauigkeit und dem theoretischen Erfordernisse entsprechend regulirt, als eine wesentliche Verbesserung der Gasöfen angesehen werden.

Die vom Verfasser construirte Vorrichtung besteht aus einem Metallstabe, gefertigt aus einem der Metalle, die in der Wärme sich am meisten ausdehnen, wie z.B. Kupfer; dieselbe wird in der Röhre angebracht, welche die heiße Luft dem Rohre f, f zuführt, ragt etwas über die erstere Röhre hinaus und ist an dem herausstehenden Ende mit Zähnen versehen, welche in den ebenfalls mit Zähnen versehenen Doppelquadranten r eingreifen.

An dieser Stelle wird eine sehr kleine Bewegung stattfinden, welche aber genau der Ausdehnung des Metallstabes S, S folgt, und je nachdem dieser sich ausdehnt oder zusammenzieht, entweder vorwärts oder rückwärts geht. Der größere Quadrant des Stückes r beschreibt einen in Proportion stehenden größeren Bogen und greift in die Zähne des Zahnrädchens t. Die Dimensionen der einzelnen Theile sind so berechnet, daß das Zahnrädchen t gerade einmal herumgeht, wenn die Metallstange S die zwischen den Temperaturen von 32° und 692° Frht. stattfindende Ausdehnung erreicht.

|276|

Angenommen, die sich ausdehnende Metallstange messe in der heißen Luftröhre 10', so wird deren Ausdehnung (dieselbe aus Kupfer bestehend angenommen) betragen:

bei 32° Frht. = 0 Zoll
„ 142° „ = 0,126 „
„ 252° „ = 0,257 „
„ 362° „ = 0,393 „
„ 472° „ = 0,533 „
„ 582° „ = 0,678 „
„ 682° „ = 0,828 „

Die Wege, welche also das Zahnrädchen t für jeden Grad der Ausdehnung macht, sind, dasselbe in 360° eingetheilt:

54° 46' 57'' von 32 bis 142° Frht.
111° 44' 21'' 252° „
170° 52' 10'' 362° „
231° 44' 21'' 472° „
294° 46' 57'' 582° „
360° – – 692° „

Messen wir nun auf einem Kreise die eben bestimmten Grade, Minuten und Secunden ab, ziehen wir von jeder dieser gemessenen Entfernungen einen Radius, und stechen wir sodann auf dem ersten dieser Radien genau die Höhe ab, um die die Klappe q im Maximum gehoben werden muß, ziehen sodann durch diesen Punkt einen inneren Kreis, und stechen nun von diesem aus auf dem zweiten Radius, der 54° 46' 57'' entspricht, die erste Höhe, zu der die Klappe q zu heben ist, und so die folgenden Abstände auf den folgenden Radien, so erhalten wir eine Curve, die, um das Centrum des ursprünglichen Kreises gedreht, zugleich den Ausdehnungen der Metallstange bei bemerkten Temperaturen und den diesen Temperaturen entsprechenden Höhen der Klappe q entspricht.

Zwei solcher Curven von Metallscheiden angefertigt, werden senkrecht auf der Achse befestigt auf der das Zahnrädchen t deren Bewegung hervorbringt. Werden nun diese zwei Curven von Gabeln u und Leitstangen v, v die nach dem Canale o gehen angefaßt, so werden diese Leitstangen v, v, durch eine Traverse v' mit der Klappe q in Verbindung gebracht, nothwendig letzterer eine Bewegung ertheilen, die den größeren oder minderen Zutritt kalter Luft zu dem Gasgenerator, nach Maßgabe der Ausdehnung der zur Verbrennung des Gases dienenden Luft, entspricht.

Es ist nun klar, daß wenn mit Hülfe von Manometern die Sectionen der Röhren f, f und o, o so gemacht und abgepaßt werden, daß die Drucke in f, f und o, o an beiden Orten bei gleicher Temperatur |277| gleich sind, die Ausdehnung der Metallstange, welche den Doppelquadranten r und das Zahnrädchen t in Bewegung setzt, eine Selbstregulirung der Luftquantitäten bewirken muß, sobald die Luft in f, f durch Erhitzung ausgedehnt wird.

In dem Bisherigen wurde angenommen, daß die durch f, f und o, o zu führenden Luftmengen dem Gewichte nach die gleichen seyen; diese Voraussetzung wird aber unrichtig, sobald das Brennmaterial aus welchem das Gas erzeugt werden soll, eine irgendwelche bedeutende Menge von freiem Wasserstoffe enthält, indem dann dieser in Form von flüchtigen Verbindungen aus dem Brennmaterial abdestillirt. In solchem Falle müssen auf 1 Pfund Wasserstoff 8 Pfund Sauerstoff mehr zur Verbrennung der Gase als zur Erzeugung derselben verwendet werden, was leicht nach den gewöhnlichen Regeln der Aerodynamik zu berechnen ist.

Dieser Selbstregulator läßt sich natürlich auf sehr verschiedene Weise construiren und auf alle von Director Thoma und Anderen angegebenen Gasöfen anwenden, und lassen sich in denselben je nach deren Construction alle möglichen festen Brennmaterialien so wie auch bloße Abfälle derselben mit gleichem Erfolge auf Gas benutzen.

Wir haben oben erwähnt, daß die zur Verbrennung der Gase dienende Luft nicht nothwendig vorher erwärmt werden müsse. Dieß verhält sich folgendermaßen:

1 Pfund Anthracit z.B. gibt, wenn es in Gas verwandelt wird, 3747 Wärme-Einheiten, und dieses hat folgende Zusammensetzung:

2,135 Pfund Kohlenoxyd,
0,219 „ Wasserdampf,
4,737 „ Stickstoffgas.

Die specifische Wärme dieser Gase beträgt:

Pfd. 2,135 × 0,2479
0,219 × 0,4750
4,737 × 0,2440
=
=
=
0,529
0,104
1,156
1,789,

folglich ist die bei der Gaserzeugung entwickelte Temperatur desselben 3747/1,789 = 2004° F.

Werden nun diese Gase mit der zur Verbrennung erforderlichen Quantität kalter Luft, nämlich Pfund 11,456 vermischt, so wird die Temperatur dieser Mischung, da die spec. Wärme dieser Luft = 11,456 × 0,2377 = 2,667 ist, 3747/(1,789 + 2,667) nur 841° F. seyn, eine Temperatur, |278| welche in der That schon sehr niedrig ist um den Verbrennungsproceß zu unterhalten, und welche noch weiter heruntergedrückt wird, wenn die Gase einen weiteren Weg zu machen haben, ehe sie zur Verbrennung kommen.

Die Anwendung vorläufig erhitzter Luft ist aber noch aus einer anderen Rücksicht wünschenswerth, und zwar weil dadurch die Intensität des Feuers sehr bedeutend erhöht wird.

Nach Tab. VII entsteht bei vollkommener Verbrennung von Anthracit eine Temperatur von 4956° F., von welchen

2094° durch die Bildung des Gases selbst und

2862° bei der Verbrennung desselben entstehen.

Wird nun die zur Verbrennung nöthige Luftmenge von 600° F. mit dem Gase gemischt, so werden obigen Temperaturen noch 300° zugefügt, und die resultirende Temperatur des Feuers wird 5256° F. seyn; eine Temperatur, die sonst gewiß nirgends vorkam und die für metallurgische Zwecke große Vortheile bieten muß, wenn man bedenkt, daß die Schmelzpunkte von

Kupfer bei 2012° F.
Gold bei 2282° F.
Gußeisen zwischen 2372 und 2552° F.
Weichem franz. Schmiedeisen bei 2732° F.
Englischem Schmiedeisen bei 2912° F. liegen.

In metallurgischen und ähnlichen Processen bietet möglichste Intensität der Hitze aus zwei Gründen den größten ökonomischen Vortheil dar:

1. Indem Zeit erspart wird den zu erhitzenden Gegenstand auf die erforderliche Temperatur zu bringen.

2. Weil die Transmission der Wärme sich dem Quadrate der Differenz zwischen der Temperatur des Feuers und der Temperatur des Wärme aufnehmenden Körpers nähert.

Der durch den Selbstregulator vervollkommnete Gasofen wird unbezweifelt mit bestem Erfolge bei allen Schmelzprocessen, bei der Destillation von Zink, beim Schweißen und Puddeln des Eisens, zum Schmelzen von Glas etc. angewendet werden.

Dieser Apparat beseitigt manche der früher erwähnten Gebrechen und Schwierigkeiten, ganz besonders entspricht er dem schon längst aufgestellten Probleme: wie kann der Verbrennungsproceß mit der theoretisch genau erforderlichen Luftmenge geführt werden? wodurch einerseits die höchst mögliche Temperatur und andererseits die theoretisch mögliche Wärmemenge erzielt wird.

|279|

Ferner hat dieser Apparat den Vorzug, daß er durch das Gebläse regelmäßig gespeist wird, und die Quantität der Luftspeisung je nach Maßgabe des erforderlichen Effectes nach Belieben vermehrt oder vermindert werden kann, was bei Anwendung von Kaminen weniger leicht möglich war; auch wird durch das Gebläse die größte Ausnutzung der erzeugten Wärme ermöglicht, ja ein Theil dieser abgehenden Wärme kann selbst vortheilhaft zur Erzeugung der Kraft benutzt werden welcher das Gebläse bedarf.

Die Anwendung der Gasöfen wird sich nach und nach auch auf andere Operationen welche der Wärme bedürfen, übertragen lassen; bereits sind Abdampfpfannen in Salinen mit Erfolg mit ähnlichen Oefen versehen worden. Man hat sie bis jetzt in manchen Fällen für unanwendbar gehalten, wie z.B. für Dampfkessel, Destillationen und alle solche Operationen wo Intensität des Feuers als nicht wünschenswerth angesehen wird; aber die ökonomischen Vortheile welche dieses System bietet, werden ihm, wir sind fest überzeugt, überall (mit geeigneten Modificationen) Bahn brechen.

|261|

Die Gewichte und Maaße in dieser Abhandlung sind englische.

|272|

Man sehe dessen Beschreibung im polytechnischen Journal Bd. CXX S. 272 und 338.

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