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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Erzeugung von Dampf durch Zerstäuben von Wasser, nach welchem die bis zu einem mikroskopisch feinen und heissen Nebel mit geringster Dichte zerstäubten Wasser teilchen in Form eines zur Wand des Dampferzeugers zentrisch oder exzentrisch gelegenen Ringkonusses gegen die beheizte Innenwand des Dampferzeugers geschleudert werden.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung, wie unrichtig es ist, das Wasser einfach nur ins Zentrum einzustäuben, wie die kleinen schwarzen Punkte andeuten, welche die zerstäubten Wasserteilchen darstellen. Nicht nur, dass im Zentrum die geringste Wärme vorhanden ist, kommen die Wasserteilchen mit den von der heissen Rohrwand ausströmenden'Wärmestrahlen (welche durch die feinen radialen Striche angedeutet sind), fast gar nicht in Berührung. Die Wasserteilchen werden daher nur sehr mangelhaft verdampfen und da der Zerstäuberdampfstrahl heftig ist, so werden die Wasserteilchen unverdampft durch das ganze Rohr entlang hindurchgejagt und sich schliesslich am Ende des Rohres am gegenüberliegenden Verschlussdeckel sammeln und als Wasser abrinnen.
Die Zerstäubung war also umsonst und die Folge dieses ganz unrichtigen Verfahrens ist daher wenig Dampf und ein glühendes Rohr, weil die Rohrwand auf diese Weise nicht gut gekühlt wird.
Fig. 2 hingegen zeigt, wie die Wasserteilchen durch den konisch auseinandergetriebenen und daher ringförmigen Hohlstrahl ringsherum an die heisse Rohrwand angeschleudert werden. Im Zentrum sind fast gar keine Wasserteilchen, dafür sind dieselben aber ringsherum zur Rohrwand hinzugestäubt, wie die kleinen schwarzen Pünktchen andeuten und kommen daher dort, mit den strichförmig angedeuteten, von der Rohrwand ausströmenden Wärmestrahlen sofort in innigste Berührung, daher auch die Verdampfung der kleinen Wasserteilchen eine vollkommene und ausgezeichnete ist.
Die Folge dieses richtigen Verfahrens ist daher viel Dampf und ein stets gut gekühltes Rohr, weil auf diese Weise eben der heissen Rohrwand die Wärme immer gründlich und rasch entzogen wird.
Zur Durchführung dieses Verfahrens dient das Zerstäuberventil in Fig. 3.
Das Wasser wird der Ventilspindel 1 durch irgend eine Wasserpumpe 2, welche beliebig reguliert werden kann, in die zentrische Längsbohrung 3 des Ventilschaftes eingepumpt, tritt durch die zwei oder drei seitlichen Querbohrungen 5 aus und wird von dem bei 6 einströmenden Dampf erfasst, durch die Mischlöcher 7 (Fig. 5) der drei oder mehr Ringscheiben 8 gemischt, gelangt weiter durch die Mischkanäle 9 (Fig. 6) zum Ventilsitz 10, wo dann das fertige Gemisch von Wasser und Dampf in den Zerstäuberzylinder 11 austritt.
Der Zerstäuberdampfstrahl wird nun beim Austritte durch den konischen Verlängerungsansatz 12 des Zerstäuberventiles konisch auseinandergetrieben (wie die dickstrichlierten Linien andeuten), weshalb die Wasserteilchen ringsherum, u. zw. über die ganze Länge des Zerstäuberzylinders 11 an die heisse Rohrwand angeschleudert werden, wo sie auch momentan verdampfen.
Das Zerstäuben findet deshalb statt, weil der Kessel aus dem, der Zerstäuberdampf entnommen wird, einen um 3 oder 4 Atm. höheren Druck hat, als der Betriebskessel, welcher mit dem Zerstäuberzylinder 11 durch die Rohrleitungen 16 und 17 in Verbindung steht, durch die der im Zerstäuberzylinder 11 erzeugte Dampf in den Oberkessel abströmt, wo allfällig nicht verdampftes Wasser sich in einem siebförmig gelochten Rohr abscheidet.
Der Zerstäuberzylinder 11 hat zwei Dampfabströmungsöffnungen, weil je rascher der neuerzeugte Dampf abströmen kann, desto niederer der Druck im Zerstäuberzylinder ist und desto kräftiger daher die Zerstäubung vor sich geht.
Das Zerstäuberventil. ! wird durch eine starke Spiralfeder 20 auf seinem Sitze 10 niedergehalten und durch Hebel 21 und Nockenscheibe 22 im gegebenen Momente angehoben. Das der Deutlichkeit wegen hier nicht gezeichnete Exzenter der Wasserpumpe 2 ist auf die Nockenwelle 23 auf gleichem Hub mit der Nockenscheibe 22 aufgekeilt, also so eingestellt, dass in dem gleichen Zeitpunkte wie die Nockenscheibe 22 den Ventilhebel 21 zu heben beginnt, auch der Pumpenkolben 24 nach abwärts bewegt wird (wie die schräge Stellung der Pleuelstange 25 andeutet), so dass das im Pumpenzylinder befindliche Wasser, durch Rückschlagventil 26 in das Steigrohr 27 gedrückt wird und von da in die Bohrung 3 des Zerstäuberventiles 1 gelangt.
Das Anheben des Zerstäuberventiles 1 und das Abwärtsdriicken des Pumpenkolbens 24 beginnt also im gleichen Momente und endet auch im gleichen Momente, indem beim Weiterdrehen der Nockenscheibe 22 in der Pfeilrichtung, auch das nichtgezeichnete Exzenter für die Betätigung der Wasserpumpe, nach einer halben Drehung den Wasserpumpenkolben 24 wieder hochzieht, in welchem Momente auch das Zerstäuberventil sich wieder schliesst, da die Nase 28 der Nockenscheibe 22 sich ebenfalls im gleichen Zeitraum um 1800 gedreht hat und den Hebel 21 in seine Ruhelage zurückgehen lässt.
Je nach der Umfangslänge der Nase 28 auf der Nockenscheibe 22, kann die Hubdauer des Zerstäuberventiles 1, verkürzt oder verlängert werden, ebenso kann auch die Hubhöhe des Zerstäuberventiles 1 durch eine höhere oder niedere Nockennase 28 beliebig geregelt werden.
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Um das Zerstäuberventil heben und schliessen zu können, ohne hiebei den Wasserzufluss zu stören, ist am äussersten Ende eine Stopfbüchse 29 angebracht, welche eine verschiebbare Abdichtung ermöglicht.
Die Regulierung des Wasserzuflusses zur Wasserpumpe 2 kann auf beliebige Art erfolgen.
Die Zerstäuberzylinder 11 sind massive Stahlgusskörper mit starken äusseren Umfangsrippen 30 und inneren Längsrippen 31 (Fig. 7). Da die äusseren Rippen quer und die inneren Rippen längs verlaufen, so wird hiedurch der ganze Stahlkörper in kleine quadratische Felder eingeteilt, wodurch dieser eine bedeutende Festigkeit erlangt.
Die Aussenrippen dienen gleichzeitig als Heizfläche und die Innenrippen als Wärmeabgabeflächen.
Jeder Zerstäuberzylinder hat zwei Verschlussdeckel ? und 33, wovon der vordere 32 das Zerstäuberventil aufnimmt und ebenso hat jeder Zerstäuberzylinder zwei nach unten verlegte Dampfaustritts- öffnungen 34 und 35, welche deshalb nach unten verlegt sind, damit allfällig angesammeltes Wasser abrinnen bzw. vom abströmenden Dampf leicht mithinausgerissen werden kann.
Die Tourenzahl der Exzenterwelle 23 kann beliebig eingestellt werden, so dass pro Minute 100 bis 300 und noch mehr Einstäubungen vorgenommen werden können, je nach Bedarf.
Die beschriebene Einrichtung ermöglicht ein Zerstäuben mit periodischem, also unterbrochenem Dampfstrahl.
Das Zerstäubungsverfahren lässt sich aber auch mit ununterbrochenem, also konstantem Zerstäuberdampfstrahl durchführen, wie in folgendem gezeigt ist.
Die Konstruktion zur Erzielung des ringförmigen Hohlstrahles ist genau die gleiche wie bei dem Zerstäuber gemäss Fig. 3.
Der Unterschied besteht nur darin, dass das Zerstäuberventil 1 in Fig. 8 mittels eines Handrades 36 auf eine bestimmte Stellung, welche je nach Bedarf beliebig gewählt werden kann, fix eingestellt wird.
Durch Drehen des Handrades 36 kann das Zerstäuberventili, welches bei 37 mit einem Gewinde versehen ist, beliebig geöffnet werden, u. zw. auf einen grösseren oder kleineren Dampfeinlass.
Mit dem Handrad 38 wird der Wasserzufluss gesteuert ; das Wasser strömt von einem unter höherem Druck stehenden Behälter durch die drehbare Stopfbüchse 39 in die Bohrung 40 des Ventilschaftes 41, bei den Seitenlöchern 42 heraus zur nadelförmigen Ventilspitze 43 und von da durch die aus Fig. 3 bekannten Querbohrungen 5, wo es von dem bei 6 eintretenden Dampf erfasst und durch Mischlöcher 7 und Mischktnäle 9 getrieben wird, um schliesslich durch den Ventilsitz 10, feinst zerstäubt, in den Zerstäuberzylinder 11 zu gelangen.
Auch hier wird der Zerstäuberdampfstrahl durch den Verlängerungsansatz 12 konisch auseinandergetrieben zu einem ringförmigen Hohlstrahl, so dass die Wasserteilchen ringsherum an die heisse Rohrwand geschleudert werden. Durch Drehen der Handräder 36 und 38 kann Wasser und Dampf jederzeit in ein beliebiges Verhältnis zueinander eingestellt werden, während der Dampfstrahl konstant ist.
Die Fig. 2,3 und 8 zeigen den Zerstäuberdampfstrahl zentrisch auseinandergetrieben. Da aber der Zerstäuberzylinder naturgemäss von unten geheizt wird, so ist der untere Teil des Zerstäuberzylinders bedeutend heisser, als der obere oder die seitlichen Teile. Es empfielt sich daher, den Dampfstrahl nicht nur konisch, sondern auch exzentrisch zum Zerstäuberzylinder auseinanderzutreiben, so zwar, dass nach dem heisseren Teile des Zerstäuberzylinders, also nach unten, ein grösserer Teil der Wasserteilchen geleitet wird als nach oben, wo weniger Wärme vorhanden ist.
Dies wird einfach dadurch erreicht, dass der konische Verlängerungsansatz 12 der Ventilspindel entfällt und statt dessen ein konischer Dorn 44 (Fig. 9) in den rückwärtigen Verschlussdeckel 33 exzentrisch, u. zw. aus dem Mittel nach oben versetzt eingeschraubt wird, dessen Spitze den Dampfstrahl exzentrisch-konisch auseinandertreibt, so zwar, dass der grössere Teil des Zerstäuberdampfstrahles nach unten geleitet wird und der kleinere Teil nach oben.
Fig. 10 zeigt die nach oben verlegte exzentrische Anordnung des Dampfstrahlzerteilerkonusses 44 von rückwärts gesehen. Fig. 11 zeigt die Verteilung der Wasserstäubehen durch die exzentrische Dornanordnung.
Der Zerstäuberdampf wird durch Vorschalten eines kleinen Vorkessels gewonnen, welcher immer eine um etwa 3 bis 4 Atm. höhere Spannung hat (Fig. 12). Der kleine Vorkessel a hat hier beispielsweise 16 Atm., während der Betriebskessel b nur 12 Atm. hat. Von Kessel a strömt der vorzugsweise hoehüber- hitzte Zerstäuberdampf in der vorbeschriebenen Weise zum Zerstäuberzylinder 11, von wo der Dampf dann durch Rohrleitungen 16 und 17 in den Oberkessel b abströmt und sich allfällig nicht verdampftes Wasser im Siebrohr S abscheidet.
Selbstredend kann ein Zerstäuberdampfkessel gleichzeitig auch zwei oder mehrere Betriebskessel mit Zerstäuberdampf versorgen, wie Fig. 13 zeigt.
Fig. 14 zeigt eine zweistufige Zerstäubung. Dort strömt der Zerstäuberdampf aus dem Vorkessel a zuerst zum Zerstäuberzylinder 11, der hier gebildete Dampf strömt hinauf in den Kessel b und von dort durch Rohrleitung 1 zum Zerstäuberzylinder 111, von da wieder in den Kessel bl und durch den Krümmer zur Dampfmaschine.
Auf die gleiche Weise kann auch eine dreistufige Zerstäubung durchgeführt werden, je nachdem es die Höhe der Kesselspannungen erlaubt.
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Fig. 15 zeigt zehn Zerstäuberzylinder in einen Vorbau vor einem Dampfkessel eingebaut.
Sind mehrere Zerstäuberzylinder eingebaut, so haben selbe eine gemeinschaftliche (hier nicht gezeichnete) Antriebswelle für alle Zerstäuberventile und für alle Wasserpumpen und sind auch sämtliche Zerstäuberzylinder untereinander mit Rohren verbunden, so dass sie zusammen ein Gehäuse bilden. Der Deutlichkeit wegen sind die Verbindungsrohre und die gemeinschaftlichen Wellen hier weggelassen.
Der gemauerte Vorbau hat den Zweck, dass hier hohe Temperaturen, sei es durch ein Gebläse B, oder durch eine Halbgas-oder durch eine direkte Gasfeuerung erzeugt werden können, wobei der Kessel, der ja die eigentliche Gefahr bildet, nach rückwärts verlegt ist und vom scharfen Feuer überhaupt nicht mehr berührt wird.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Erzeugung von Dampf durch Zerstäuben von Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass die bis zu einem mikroskopisch feinen und heissen Nebel mit geringster Dichte zerstäubten Wasserteilehen in Form eines zur Wand des Dampferzeugers zentrisch oder exzentrisch gelegenen Ringkonusses gegen die beheizte Innenwand des Dampferzeugers geschleudert werden.