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Schallgeber hoher Schalleistung
Es ist bekannt, dass man durch eine intermittierende Brennstoffzufuhr in eine vorverdichtete Luftmenge Verbrennungsstôsse erzeugen kann, die durch Schalltrichter als Schallwelle abgestrahlt werden können. Ferner ist es bekannt, dass man Brennstoffe mit Luft in Kammern zur Explosion bringt und die Verbrennungsgase in heissem oder gekühltem Zustand einer Sirene zuführt und diese damit anbläst. Auf diese Art lassen sich Schallwellen hoher Intensität abstrahlen. Der Vorteil dieser Verfahren besteht in der Ausnützung des Explosionsdruckes in einer Sirene.
Nun sind aber Schallgeber auf dem Sirenen- oder Pfeifenprinzip zur Erzeugung hoher Schallintensitäten deshalb nicht geeignet, weil sie höchstens mit der Schallgeschwindigkeit des anblasenden Mediums betrieben werden können. Zur Entstaubung oder Entnebelung grosser Gasmengen sind Schallgeber erforderlich, mit denen sehr hohe Schallintensitäten wirtschaftlich gewonnen werden können. Bei Entstaubungs- oder Entnebelungsanlagen sind oft Gasmengen bis zu 250000 m3 pro Stunde und mehr zu behandeln. Bei Entfernung von Atomstaub aus Gasen kommen noch weit höhere Gasmengen vor. Da die Entstaubung und Entnebelung aber bis zu den höchsten Abscheidungsgraden durchgeführt werden muss, der Abscheidungsgrad jedoch intensitätsbedingt ist, werden von einem Schallgeber sehr hohe Schallintensitäten und auch hohe Schalleistungen verlangt.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schallgeber hoher Schalleistung, bei dem ein explosionsfähiges Gemisch von Gasen, brennbarem Staub oder Dämpfen mit einem Sauerstoffträger aus einem Raum durch die Löcher einer Sirenenscheibe, durch Ventile od. dgl. intermittierend einem Verbrennungsraum zugeführt wird, in welchem eine Zündvorrichtung die Zündung des explosionsfähigen Gemisches bewirkt. Die Erfindung besteht darin, dass der Verbrennungsraum in Form einer Pfeife ausgebildet ist und dass die unter hohem Druck stehenden Verbrennungsgase nach der Explosion in eine weitere Pfeife einströmen, die gegenüber der ersten Pfeife angeordnet ist. Das Mischungsverhältnis des Brennstoffes soll möglichst ein stöchiometrisches sein.
Ist das aus den Sirenenlöchern austretende explosionsfähige Gemisch in den Verbrennungsraum eingeströmt, der die Form eines Resonators (Pfeife) mit offenem Ende hat, wird das Gemisch zur Explosion gebracht. Die Detonationen erfolgen nacheinander im Rhythmus, der z. B. durch den Abstand der Sirenenlöcher voneinander vorgegeben ist oder durch die Wirkungsweise eines Ventils.
Zweckmässig ist es, die explosionsfähigen Gase erst vor Austreten aus dem Resonator (Pfeife) zu zünden, so dass die Verbrennung von der Mündung des Resonators (Pfeife) rückwärts verlaufend erfolgt. Das hat den Vorteil, dass dabei eine Schallwelle entsteht, deren Wellenlänge viermal so lang ist wie die Länge des Resonators (Pfeife). Statt der Sirenenscheibe können auch Ventile das intermittierende Zuströmen des Mediumgemisches in den Resonator (Pfeife) regeln.
Die entstehende Explosionswelle steht unter einem sehr hohen Druck und löst eine Schallwelle sehr hoher Intensität aus. Das abgestrahlte Frequenzband ist aber sehr breit, da sehr viele Obertöne bei der Explosion entstehen. Um Staubteilchen in einem Trägergas zu beschallen, ist jedoch eine bestimmte vorgegebene Frequenz notwendig. Um nun eine bestimmte Frequenz mit den Explosionsgasen erzielen zu können, werden die Explosionsgase erfindungsgemäss in eine der ersten Pfeife gegenüber angeordnete À/4-Pfeife (Resonator) geleitet. In dieser entsteht die ihrer Länge entsprechende Schallfrequenz, wobei nur mehr sehr geringe Oberschwingungen entstehen. Der Abstand der sich gegenüberliegenden Pfeifen muss so gewählt werden, dass keine Schallinterferenz zustandekommt.
Ein Teil der Verbrennungsgase wird dann zwischen den beiden Pfeifen oszillieren, bis die Druckwelle ganz abgeklungen ist. Dann kann man die nächste Explosion folgen lassen. Die gewünschte Frequenz dominiert dann im Frequenzspektrum, das normal in der Explosionswelle auftritt.
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Als Beispiel ist in der Zeichnung in Fig. 1 eine Sirenenscheibe als Schallgeber dargestellt. Dem Raum A wird ein explosionsfähiges Gas-, Staub- oder Dampfgemisch mit einem Sauerstoffträger zugeführt, das durch die Düse 1 der Pfeife 3 zugeführt wird. Bei B dreht sich z. B. eine Lochsirenenscheibe, die vom Motor C angetrieben wird und den Eintritt des Explosionsgemisches in die Pfeife 3 intermittierend regelt. Die Pfeife 3 wird somit mit dem explosiven Gemisch gefüllt. Durch eine Zündstelle 5 wird dann das Gemisch gezündet. Die dadurch auftretende Explosionswelle läuft in Richtung der Pfeife 4 und erregt in dieser ebenfalls eine Schallwelle hoher Intensität, deren Frequenz von der Pfeifenlänge 4 abhängt. Die aus der Pfeife 4 austretenden Gase strömen zum Teil nochmals in die Pfeife 3 zurück, strahlen aber aus 4 eine intensive Schallwelle ab.
Der Abstand der beiden gegenüberliegenden Pfeifen (Resonatoren) muss daher so gewählt werden, dass keine Interferenz zustandekommen kann. Es ist vorteilhaft, wenn die Zündvorrichtung 5 am Ende der Pfeife 3 angeordnet wird, damit die Zündwelle im Rücklauf das Gemisch zündet. Dabei wird erreicht, dass nur Verbrennungsgase aus der Pfeife 3 ausgestossen werden und in die Pfeife 4 eintreten, ohne dass in dieser eine Nachverbrennung stattfinden kann. Die Zündung des Gasgemisches kann in an sich bekannter Weise durch die sich drehende Sirenenscheibe gesteuert werden, also in dem Augenblick erfolgen, in dem die Pfeife 3 ihren vollen Füllungsgrad eneicht hat.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt : Statt des Sirenenprinzips ist ein Ventil V zur intermittierenden Ladung der Pfeife 3 mit Brennstoffgemisch vorgesehen, das am Ende der Pfeife 3 durch die Zündeinrichtung (Zündkerze) 5 gezündet wird, so dass das Gemisch nach hinten abbrennt und der dabei entstehende Druck das Ventil schliesst. Aus der Pfeife 3 tritt dann eine Druckwelle in die Pfeife 4 und erregt diese in ihrer Eigenresonanz. Die Abstrahlung der dabei entstehenden intensiven Schallwelle erfolgt dann zwischen dem Ringspalt, der sich zwischen der Pfeife 3 und der Austrittsöffnung der Pfeife 4 ergibt. Das Ventil öffnet sich dann beim entstehenden Unterdruck und schliesst sich beim auftretenden Überdruck.
Man kann das Intervall zweier aufeinanderfolgender Explosionen auch zeitlich so wählen, dass es der Nachhallzeit des Raumes angepasst wird, in den die Schallwellen strahlen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schallgeber hoher Schalleistung, bei dem ein explosionsfähiges Gemisch von Gasen, brennbarem Staub oder Dämpfen mit einem Sauerstoffträger aus einem Raum durch die Löcher einer Sirenenscheibe, durch Ventile od. dgl. intermittierend einem Verbrennungsraum zugeführt wird, in welchem eine Zündungsvorrichtung die Zündung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsraum in Form einer Pfeife (3) ausgebildet ist und dass die unter hohem Druck stehenden Verbrennungsgase nach der Explosion in eine weitere Pfeife (4) einströmen, die z. B. gegenüber der ersten Pfeife (3) angeordnet ist, und dass die Vorrichtung (5) zur Zündung des explosionsfähigen Gemisches am Ende der ersten Pfeife (3) angeordnet ist, so dass eine Rückzündung erfolgt.