Titel: Käuffer, über Testud der Beauregard's Dampferzeuger.
Autor: Käuffer, Paul
Fundstelle: 1862, Band 164, Nr. XLIII. (S. 162–167)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj164/ar164043

XLIII. Ueber Testud de Beauregard's Dampferzeuger für überhitzten Dampf; von Paul Käuffer aus Dresden, Constructeur bei Testud de Beauregard in Paris.

Aus dem Civilingenieur, 1862, Bd. VIII S. 33.

Mit einer Abbildung auf Tab. III.

Die Kritik der gewöhnlichen Dampfmaschine ergibt bekanntlich, daß in derselben im besten Falle etwa nur der zwanzigste Theil derjenigen Arbeitsgröße ausgenutzt wird, welche der durch den Brennstoff entwickelten Wärmemenge entspricht, und daß ein großer Theil des Verlustes in der Veränderung des Aggregatzustandes des in Dampf übergeführten Wassers begründet ist. Daher sind denn auch von verschiedenen Seiten Versuche angestellt worden, um die dem Dampfe mitgetheilte Wärme besser auszunutzen, namentlich hat es Séguin, der Aeltere, in Paris versucht, denjenigen Verlust, welcher bei den Dampfmaschinen dadurch entsteht, daß die Dämpfe nach Verrichtung ihrer Arbeit die Maschine in Dampfgestalt verlassen, dadurch herabzuziehen, daß er sie abwechselnd stark überhitzt und nachher wieder so weit abkühlt, als sie als Dämpfe abgekühlt zu werden vertragen.26) Es wird hierbei diejenige Wärme erspart, welche erforderlich ist, um Wasser in Dampf zu verwandeln.

Auf eine ganz andere Weise sucht Testud de Beauregard Ersparnisse bei der Dampfmaschine zu erzielen, und zwar beruht dieses System auf dem Austausch der latenten Wärme eines Metallbades. Das Speisewasser wird nämlich dadurch in Dampf verwandelt, daß es gegen ein schmelzendes Metallbad gespritzt wird; hierbei wird ein Theil des Metalls fest und die dabei frei werdende Wärme dient zur Erzeugung stark überhitzten Dampfs, während eine äußere Feuerung das fest gewordene Metall wieder flüssig macht.

Schon im Jahre 1848 experimentirte dieser Ingenieur mit einem derartigen Dampferzeuger27), bei welchem das Gefäß, worin der Dampf gebildet wurde, in einem Bleibad stand, aber dieser Apparat vermochte nicht in die Praxis einzudringen, weil sich das Metall in Folge der fast |163| augenblicklichen Wärmeabgabe zu rasch zerstörte. Der jetzige Apparat ist großentheils frei von diesem Mangel, indem das Gefäß, in welchem das Wasser in Dampf verwandelt wird, von dem Erfinder „Verdampfer“ (vaporisateur) genannt, mit einem besonders eingerichteten Boden in das Metallbad taucht, welches sich seinerseits in einem von unten geheizten Gefäße, dem Generator befindet. In diesem Apparat werden überhitzte Dämpfe von circa 280º C. Temperatur erzeugt, indem das Metallbad (ein Gemisch aus Zink und Blei) ungefähr bei dieser Temperatur flüssig ist. Das Speisewasser wird durch eine besondere Pumpe in den Verdampfer gepreßt, nachdem es vorher in einem Vorwärmer oder sogenannten Regenerator durch den aus dem Dampfcylinder tretenden Dampf auf 120 bis 150º C. erwärmt worden ist, und der abziehende Dampf wird endlich noch in einem Röhrenapparat condensirt.

Fig. 24 zeigt den verticalen Durchschnitt durch einen Kessel, wie er für eine 4pferdige Maschine erforderlich ist, in dem Maaßstabe von 1/9 der natürlichen Größe, die eingeschriebenen Maaße aber beziehen sich auf einen Generator für eine 20pferdige Maschine. Man ersieht daraus, daß der Apparat aus drei in einander gesetzten Gefäßen besteht. Das innerste Gefäß, der Verdampfer A, enthält kein Wasser, empfängt aber continuirlich durch die beiden Röhren B, B¹ zwei Wasserstrahlen zugeführt, welche sofort an der auf circa 280º C. erhitzten Bodenfläche in überhitzten Dampf verwandelt werden. Ueber dieses Gefäß ist ein glockenförmiges Gefäß C gestürzt, welches den gebildeten Dampf nöthigt, äußerlich an den Wänden des Verdampfers A herab- und innerlich an den Wänden des äußersten Gefäßes D, D hinauf zu gehen, wobei er noch weiter durch die Heizgase, welche letzteres Gefäß von außen bestreichen, erhitzt wird und zugleich zur Conservirung der Metallwände beiträgt, indem diese von beiden Seiten erwärmt, also etwaige schädliche Spannungen vermieden werden. Der untere Theil des äußeren Kessels E ist mit einer Legirung aus Zinn und Blei gefüllt, welche durch die unter dem Kessel befindliche Feuerung flüssig erhalten wird, und damit sich die Wärme besser dem eingespritzten Speisewasser mittheile, ist der Boden des Verdampfers äußerlich verzinnt, sowie auch der Kesselboden E verzinnt ist. In dem Metallbade befindet sich noch ein Rührer F, mit Hülfe dessen der Kesselheizer erkennen kann, ob das Zinn geschmolzen ist. Ferner ist bei a als Sicherheitsapparat eine Alarmpfeife angebracht, welche bei zu hoch gesteigerter Wärme ertönt. Der Balancier dieser Pfeife wird nämlich durch eine Zugstange G niedergehalten, so lange eine am unteren Ende derselben befindliche, nach dem erforderlichen Wärmegrad zusammengesetzte Metallcomposition fest bleibt; schmilzt dieselbe aber, so öffnet das Gegengewicht |164| das Ventil der Alarmpfeife. Endlich ist auch noch ein gewöhnliches Sicherheitsventil auf dem Kessel angebracht.

Wichtiger und eigenthümlicher ist nun aber der Speiseapparat, die sogenannte Aequationspumpe. Es ist dieß eine von der gewöhnlichen Speisepumpe gespeiste Druckpumpe, deren Lieferung genau dem Wasserbedarf für 20 bis 30 Minuten Arbeitszeit entspricht, und deren Kolben mit Gewichten oder sonst so stark belastet ist, als die Spannung im Kessel erfordert. Das Wasser geht, ehe es in den Kessel gelangt, durch einen Dreiweghahn, der sich von selbst regulirt, wenn im Kessel mehr oder weniger Wasser gebraucht wird. Es ist nämlich an seinem Schlüssel eine Stange angebracht, welche durch einen Vorstecker am Gewicht gehoben wird, wenn dieses Gewicht zu hoch hinauf getrieben wird. Die Aequationspumpe ist zugleich ein Sicherheitsventil für den Generator, durch welches eine Ueberschreitung der normalen Spannung in letzterem verhütet wird.

Uebrigens gelangt das Speisewasser aus diesem Apparate nicht unmittelbar in den Kessel, sondern es durchläuft zunächst den sogenannten Regenerator, einen Vorwärmer mit ungefähr 30 Quadratdecimeter Heizfläche pro Pferdestärke. Hier umspült es eine größere Menge von Röhren, durch welche der von der Dampfmaschine kommende Dampf hindurch strömt, und erwärmt sich so auf 140 bis 150º C. Erst dieses stark erwärmte Wasser tritt durch die Röhren B, B¹ in den Verdampfer A.

Wir haben nun noch einen Apparat zu erwähnen, den Condensator, in welchem der aus den Röhren des Regenerators ausströmende und nicht mehr im überhitzten Zustande befindliche Dampf vollends condensirt wird. Es ist dieß ein Oberflächencondensator mit ungefähr 0,3 Quadratmeter Röhrenoberfläche pro Pferdestärke, in welchen der Dampf durch eine größere Zahl von mit Wasser umgebenen Röhren ausströmt. Das Condensationswasser wird durch eine Pumpe wieder zu dem Abkühlungswasser gehoben, da letzteres ohne Schaden bis auf 60 bis 65º erwärmt seyn darf, jedoch ist noch ein Kaltwasserhahn vorhanden, durch welchen nach Bedarf kaltes Wasser hinzutreten kann. Dieser Hahn wird durch einen selbstthätigen Apparat gestellt, welcher auf der Ausdehnung der Flüssigkeiten durch die Wärme beruht und um so mehr kaltes Wasser zutreten läßt, je stärker die Erwärmung ist.

Die Erfahrung hat gelehrt, daß 14 Kilogr. flüssiges Zinn beim Festwerden so viel Wärme hergeben, als erforderlich ist, um 1 Kilogr. in den elastisch flüssigen Zustand überzuführen. Im Verdampfer bildet sich bei 280º C. Temperatur überhitzter Dampf, welcher einen doppelt so großen Raum einnimmt, als gesättigter Dampf von der Pressung, mit |165| welcher das Speisewasser eintritt (circa 5 Atmosphären). Dieser Dampf kühlt sich bei Verrichtung seiner Arbeit in der Dampfmaschine um circa 40º ab und wird im Regenerator bis auf 100º abgekühlt. Solcher Dampf braucht dann zur Condensation nur etwa 1/9 bis 1/13 von derjenigen Wassermenge, welcher gewöhnlicher Dampf beansprucht. Die Menge des schmelzenden Zinns ist über ein gewisses Minimum hinaus ganz willkürlich, doch soll die Niveaulinie mindestens 2 Centimeter höher reichen, als die Nieten am Rande des Bodens E, so daß durchschnittlich etwa 35 Kilogr. Zinn pro Pferdestärke erfordert werden.

Durch dieses System der Dampferzeugung werden hauptsächlich folgende Vortheile erzielt:

Es ist ein viel kleinerer Kessel und Feuerherd nöthig, als bei den gewöhnlichen Dampferzeugern. Jener wird etwa nur 1/6, dieser 1/4 soviel Raum beanspruchen, als bei gewöhnlichen Kesseln. Die Heizfläche ist etwa 1/18 so groß, was zugleich eine große Sicherheit gegen Explosionen bietet.

Die Verbrennung ist bei den neuen Kesseln eine ziemlich vollkommene, indem die chemische Analyse folgende Zusammensetzung der Gase nachgewiesen hat:

Stickstoff 0,7000
Kohlenoxydgas 0,0600
Kohlensäure 0,2092
freier Kohlenstoff 0,0008
––––––
1,0000

Von Speisewasser wird nur 1/3 so viel als bei den jetzigen Dampfmaschinen verbraucht. Der Dampfcylinder kann nie mit übergerissenem Wasser belästigt werden. Zur Ingangsetzung einer Maschine wird nur die Hälfte der Zeit erfordert, als bei gewöhnlichen Kesseln.

Demgemäß wird ein solcher Apparat immer weit weniger Raum beanspruchen und weit schneller in Gang zu setzen seyn, als gewöhnliche Kessel, er gewährt aber auch noch bei guter Behandlung eine Brennmaterialersparniß von 30 Proc. und eine größere Sicherheit gegen Explosionen.

Nachschrift.
Ueber die Anwendung des nach dem Verfahren von Testud de Beauregard überhitzten Wasserdampfes.

Abbé F. Moigno theilt in seinem Cosmos vom 24. Januar 1862, vol. XX p. 109, im Wesentlichen Folgendes über die verschiedenen Anwendungen |166| mit, welche Testud de Beauregard von dem nach seinem Verfahren überhitzten Dampf zu machen gedenkt.

Der durch das Metallbad bereits stark erhitzte Dampf verhält sich bei Fortsetzung der Erhitzung wie ein permanentes Gas, d.h. er dehnt sich nach einem bestimmten Gesetz aus, wie weit er auch, mit oder ohne Druck, erhitzt werden mag. Er kann so hoch erhitzt werden, daß die kupfernen Leitungsröhren, durch welche er strömt, glühend werden, und bei dieser Temperatur läßt sich der glühende Dampfstrahl zur Erzielung der verschiedensten und intensivsten Wärmeeffecte verwenden.

Mit der steigenden Temperatur nimmt aber die Verwandtschaft zwischen den beiden Gasen, aus denen der entwässerte Dampfstrahl besteht, ab; die Sauerstoff- und Wasserstoffmolecüle sind nicht mehr innig mit einander vereinigt, sondern sie befinden sich gewissermaßen nur neben einander, und sind immer bereit, sich von einander zu trennen und einander an die Bestandtheile ihrer Umgebung, die eine größere Verwandtschaft zu dem einen oder dem anderen haben, abzugeben. Vermöge dieser Eigenschaft kann man dem stark überhitzten Dampf eine ganz neue Reihe von Wirkungen abgewinnen, die wesentlich darauf beruhen, daß der Wasserstoff mit bedeutender Wärmeentwickelung verbrannt wird und der Sauerstoff die Verbrennung hervorbringt.

Ueberhitzer. – Läßt man in einen Ueberhitzer gesättigten Wasserdampf eintreten, so verwandeln sich die mitgerissenen Wassertheile sofort in Dampf, und dieß ist die Ursache der schnellen Zerstörung, bisweilen sogar von Explosionen, denen die Ueberhitzer ausgesetzt sind. Wenn man dagegen bereits überhitzten Wasserdampf in den Ueberhitzer einführt, so fallen diese Uebelstände weg (?), und man kann eine Temperatur von 1000º C. erreichen, die man mit Hülfe eines Pyrometers immer auf derselben Höhe erhalten kann.

Gebläse. – Der bis zu 800 bis 1000º C. erhitzte Dampf wird durch eine sehr enge Röhre dem Hohofen zugeführt, in welchem er zunächst das Brennmaterial entzündet, und dann bei der Berührung mit der Flamme oder den glühenden Brennstoffen sich zersetzt. Sein Sauerstoff verbindet sich mit dem Kohlenstoff und befördert dessen Verbrennung; sein Wasserstoff aber wird selbst verbrannt, und dadurch entsteht die intensivste Verbrennung, welche überhaupt nur erreicht werden kann. Es wurde in dieser Richtung in Paris an einem 1 Meter hohen und 20 Centimeter weiten Ofen ein Versuch angestellt. Man füllte den Ofen bis auf 33 Centimeter Höhe mit Kohlen, und führte dann durch ein Rohr von kaum 1 Millimeter Weite den stark überhitzten Dampf ein. Die Kohle entzündete sich, die Zersetzung begann, und es erhob sich aus dem Ofen |167| eine 30 Centimeter starke und 1 Meter hohe Wasserstoffflamme. Ersetzt man die Kohle durch Boghead, oder streut man nur einige Stückchen Boghead über die Oberfläche der Kohlen, so geht der Wasserstoff in Kohlenwasserstoff über und es entsteht eine hell leuchtende Flamme, welche zwar nicht stärker als die Wasserstoffflamme ist, aber auf mehrere Meter Höhe sich erhebt. Testud gedenkt nun, die gegenwärtig angewendeten Hohofengebläse durch solche direct wirkende Dampfgebläse zu ersetzen, und glaubt, zur Erzeugung des Dampfes nur 1/3 derjenigen Brennmaterialmenge zu bedürfen, welche zum Betriebe der jetzigen Gebläse nothwendig ist.

Auch zur Heizung von Dampfkesseln für stehende Maschinen, wie für Locomotiven, will er dergleichen Gebläse anwenden. Der Rost könne wegfallen und die Intensität der Verbrennung nach Belieben regulirt werden; die Feuerung wäre eine rauchlose und die Schornsteine würden entbehrlich. Die Feuerung könne auch als Kohksofen benutzt werden; durch den Werth der hierbei fallenden Kohks ziehe man die Kosten der Feuerung noch weiter herab.

Gasgeneratoren. – Füllt man einen geschlossenen Raum mit Kohks oder Steinkohlen, ersteren wenn man reinen Wasserstoff, letzteren wenn man Kohlenwasserstoff erzeugen will, und führt in denselben Dampf ein, welcher bis zu 800 bis 900º C. überhitzt ist, so erhält man mit sehr kleinen Apparaten große Mengen Gas. Ein Testud'scher Ueberhitzer von 6 Pferdestärken liefert auf diese Weise stündlich 250 Kubikmeter Gas, und zwar zu einem sehr niedrigen Kostenpreis. Dieses Gas könne zur Extraction von Mineralölen aus Kohlenschiefern, zur Entschwefelung von Schwefelmetallen, zum Brennen von Porzellan, Glas, Ziegelsteinen, Gyps etc. benutzt werden. (Polytechnisches Centralblatt, 1862 S. 434.)

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Polytech. Journal Bd. CXLVI S. 165.

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Polytechn. Journal Bd. CXI S. 73.

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