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Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Gasen Die Erfindung liegt
auf dem Gebiet der Verfahren zur physikalischen und chemischen Behandlung von Gasen
sowie von ihnen getragener feinverteilter Feststoffe unter Einwirkung der Schwingungen
eines Schwingrohres; ferner bezieht sich die Erfindung auf Vorrichtungen zur Durchführung
solcher Verfahren.
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Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, Schwingrohre an Stelle
der Verbindung eines im Zweitakt arbeitenden Kolbenmotors mit einemKolbenverdichter
zu verwenden, um Betriebsbedingungen gerecht zu werden, wie z. B. hohen Temperaturen
oder chemischen Einflüssen der verwendeten oder zu behandelnden Gase, denen Maschinenteile,
wie Kolben, Kolbenringe od. dgl., nicht gewachsen sind, Schwingrohre jedoch die
Durchführung des Verfahrens ermöglichen.
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Nach der Erfindung werden für die Erzeugung von Schwingungen ein
Schwingrohr und eine ihm gegenüberliegende schwingrohrähnliche spürbare Kammer verwendet.
Die Reaktionsteilnehmer werden in diesem Schwingrohr und der Kammer sowie in einer
an den Schwingungen teilnehmenden dazwischenliegenden Kammer behandelt. Eine bevorzugte
Vorrichtung zur Ausführung der Erfindung besteht darin, daß das Schwingrohr sich
in einen Expansionsraum fortsetzt, der seinerseits gleichachsig mit einer schwingrohrähnlichen
spülbaren Kammer für die zu behandelnden Gase in Verbindung steht, wobei:ld-as Schwingrohr
ein Auslaßorgan besitzt.
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An Hand der Zeichnung sei zunächst die Wirkungsweise eines einzelnen
Schwingrohres geschildert, welche als solche nicht Gegenstand der Erfindung ist.
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11 sei ein etwa 2 Im langes Rohr, das mit den Einlaß-Organen 12 und
13 für Gas und Luft versehen ist, die in zündfähiger Mischung einströmen. Diese
Organe arbeiten in bekannter Weise aerodynamisch ohne bewegte Teile, so daß die
Gefahr Ider Verzunderung fortfällt, wie sie bei Ventilen aus Metall auftritt. Löst
man im Kopf 14 eines solchen Rohres durch Zündung eines Gemisches eine Explosion
aus, so schießt eine Druckwelle aus der Rohrmündung 15, wenn die- Einlaßorgane 12,
13 geschlossen sind. Infoilge der Trägheit der Gasmassen erzeugt diese Druckwelle
einen Unterdruck im Rohr 11, so daß durch 12> 13 frisches Gemisch angesaugt und
das Rohr 11 hiermit gefüllt wird. Bei einem einzelnen Rohr gelangt die Druckwelle
ins Freie, so daß der Atmosphärendruck nach Umkehr der Strömung im Rohr 11 eine
Verdichtung des vorher angesaugten Gemisches bewirkt, und zwar in Abhängigkeit von
der im Rohr 11 bewegten Gasmasse. Bei einem derartigen Schwingrohr sind also Kolben
und Schwungrad einer Maschine durch bewegte Gasmassen ersetzt, die aerodynamischen
und akustischen Gesetzen gehorchen. Unter Beachtung
dieser kann man 100 bis 150 Explosionen
je Sekunde in einem solchen Rohr hervorrufen.
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Vereinigt man nun erfindungsgemäß zwei solche Rohre 11 und 16 mit
einem Gasraum 17 zu einer Einheit und ergänzt sie noch durch das Auslaßorgan 18
für verbranntes, 19 für verdichtetes Gas, ferner 20 für Frischgas sowie nötigenfalls
Festkörper in feiner Form, so arbeitet das Rohr wie ein Kolben-Motor-Verdichter
wie folgt: Erster Takt Bewegung der Gasmassen von Kopf 14 in Richtung der Ventile
19, 20 Nach Zündung im Kopf 14 wird eine Druckwelle im Gasraum 17 ausgelöst, deren
Massenwirkung eine Verdichtung des im Rohr 16 befindlichen Gases und einen Unterdruck
in Rohr 11 hervorruft. Bei dann für Luft und Gas geöffneten Organen 12, 13 wird
frisches Gemisch in Rohr 11 gesaugt und verbrauchtes Brenngas durch Organ 18 ausgespült,
wenn letzteres mit einer Absaugpumpe oder die Einlaßorgane 12, 13 mit einer Spülpumpe
verbunden sind. Im Rohr 16 wird Gas verdichtet und nach Erreichen eines vorgeschriebenen
Druckes durch Organ 19 ausgeschoben.
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Zweiter Takt Bewegung der Gasmassen in umgekehrter Richtung Sobald
die Druckwelle im Raum 17 umzukehren beginnt, schließen die Organe 12> 13 und
18, so daß Gemisch imRohrll verdichtet wird. Gleichzeitig schließt Organ 19, und
der Einlaß 20 öffnet sich, so daß Rohr 16 mit Frischgas gefüllt wird.
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Mit diesen Gasbewegungen lassen sich.erfindungsgemäß physikalische
und chemische Umsetzungen verbinden, von denen zwei Beispiele beschrieben seien:
1. Rohr 11 arbeitet mit gewöhnlichem Luftgas, wie es z. B. in einer Wirbelkammer
aus jeder beliebigen Kohle erzeugt werden kann. Läßt man dann von Rohr 16 konvertiertes
Wassergas ansaugen, d. h. ein Wassergas, in dem ein Teil des ursprünglich erzeugten
CO in bekannter Weise mittels Dampf nach CO+H2O='H2+CQ in Wasserstoff umgesetzt
worden ist, so setzt unter dem Einfluß der Druckerhöhung bei ausreichend hoher Temperatur
die Sabatierreaktion ein: CO+3H2--CH4+H2O.
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Wäscht man CO2 vorher aus und kondensiert den Dampf, so erhält man
aus Wassergas unmittelbar Stadtgas mit ausreichend hohem Heizwert, außerdem unter
Druck, so daß die Ferngasleitungen eine wesentlich größere Gasmenge zu befördern
vermögen als bei gewöhnlichem Druck. Auch wird die bisher nötige Anwendung von 02
zur Erzeugung eines Gases mit hohem Heizwert hierdurch umgangen.
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2. Wenn die Aufgabe auftritt, Reduktionsgase, wie C O und H2, die
nicht mit N2 oder C °2 versetzt werden dürfen, bei hohen Temperaturen zu beheizen
und umzuwälzen, so fehlt es an Baustoffen für diese. Man kann zwar gekühlte Wände
- und in diesem Sinne ist auch eine Koksofenwand durch Kohle auf einer Seite »gekühlt«
- mit voller Flammentemperatur beanspruchen, man kann aber nicht, wie es in diesem
Fall nötig wäre, die Beheizung eines Umlaufgases auf z. B. 17500 C dadurch vornehmen,
daß man es durch ein Schlackenbad von z. B. 20000 C leitet. Da elektrische Energie
für solche Zwecke meist zu teuer und ein periodisches Verfahren, z. B. Aufheizen
einer Kokssäule, wegen der auftretenden Temperaturschwankungen unwillkommen ist,
bleibt es wichtig, ein wärmetechnisches kontinuierliches Verfahren hierfür zur Verfügung
zu haben. Man kann sich dann erfindungsgemäß des folgenden Arbeitsganges bedienen:
Man arbeitet wieder in Rohr 11 mit Luftgas. Von Rohr 16 läßt man so hoch wie möglich,
z. B. auf 15500 C, erhitztes Wälzgas ansaugen, das zuvor durch Expansion Arbeitet
geleistet hat. Bei Ider Wiederverdichtung muß dann der Ausgangsdruck erreicht werden,
wenn der zusätzliche Energieverbrauch für diese Vorgänge nicht zu groß werden soll.
Bei dieser Wiederverdichtung erhitzt sich aber das Gas auf eine höhere als die Ansaugetemperatur
von 15500 C, z. B. auf 17500 C, so daß es nun mit dieser zur Verwendung steht. Hier
wird also von dem physikalischen Gesetz der adiabatischen Verdichtung mit dabei
auftretender Erwärmung Gebrauch gemacht, die bekanntlich infolge der tatsächlich
auftretenden Abweichungen von diesem Gesetz noch höher liegt, als der Adiabate entspricht.
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Sinngemäß läßt sich durch die beschriebene Einrichtung auch Wassergas
als Wäizgas erhitzen, um die Wassergaserzeugung kontinuierlich zu gestalten.
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Eine aerodynamisch richtige Gestaltung des Gasraumes 17 empfiehlt
sich. Zweckmäßig erweitert sich Kammer 17 vom Ende 15 des Schwingrohres 11 mit sehr
schwachem Winkel, also 10 bis 200. Dagegen kann vor dem Eingang des Rohres 16 die
Mündung 21 liegen, die die im Dampfturbinenbau übliche Form erhält.
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Da man es durch Wahl der Durchmesser der Rohre 11 und 16 sowie ihrer
Längen in der Hand hat,
welchen Verdichtungsgrad und damit auch welche Temperatursteigerung
man zu erzielen wünscht, so gilt als Regel, den Durchmesser von 16 gegenüber 11
desto kleiner zu halten, je höher die zu erzielende Verdichtung bzw. Temperatursteigerung
sein soll.
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Soll die Sabatierreaktion angewandt werden, die erst bei etwa 100
atü und 12500 C einsetzt, so ist demnach der Rohrinhalt von 16 gleich höchstens
dem hundertsten Teil des angesaugten Gasvolnmens zu bemessen, falls dieses unter
Atmosphärendruck steht.
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Hiermit folgt man den Verhältnissen und Regeln, die allgemein für
den Kolbenkompressorenbau gelten. Bei diesem und ebenso im Kältemaschinenbau ist
es auch bekannt, ein Gas zunächst zu entspannen, wobei es Arbeit leisten kann, wenn
man es einer anschließenden Verdichtung unterwerfen will, so fdaß deren Arbeitsverb
rauch annähernd durch den Arbeitsgewinn während der Expansion gedeckt ist.
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D'ie physikalische Behandlung der Gase besteht also nach der Erfindung
darin, ihnen einen höheren Druck zu erteilen oder sie zu erwärmen. Die chemische
Behandlung besteht beispielsweise bei Wassergas darin, eine Sabatierreaktion hervorzurufen.
Physikalisch betrachtet wirkt die Vorrichtung nach der Erfindung wie eine einfache
Pumpe. Dabei ist ein Schwingrohr mit einer Expansionskammer verbunden, und diese
setzt sich in schwingrohrähnliche, spülbare Kammern fort, welche praktisch der Pumpenraum
ist. Diese Kammern sind im wesentlichen rohrförmig und liegen gleichachsig hintereinander.
In dem Pumpenraum finden nur die genannten Umsetzungen der Gase statt.
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Die vom Schwingrohr erzeugte und an einer gegenüberliegenden Wand
reflektierte Druckwelle ist mit dem Pumpenkolben vergleichbar. Im wesentlichen findet
also eine Umsetzung der Gas energie oder kinetischen Energie des Gases des Schwingrohres
in potentielleEnergie, Wärmeenergie oder eine andereEnergieart statt. Demgegenüber
findet keine Umsetzung der Gas energie oder kinetischen Energie des Gases, welche
das Schwingrohr erzeugt, in kinetische Energie oder Rotationsenergie statt.
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PATENTANSPROCEIE 1. Verfahren zur physikalischen und chemischen Behandlung
von Gasen unter Einwirkung der Schwingungen eines Schwingrohres, dadurch gekennzeichnet,
daß für die Erzeugung von Schwingungen ein Schwingrohr und eine ihm gegenüberliegende
schwingrohrähnliche, spülbare Kammer verwendet werden und die Behandlung der Reaktionsteilnehmer
in diesem Schwingrohr und der Kammer sowie in einer an den Schwingungen teilnehmenden
dazwischenliegenden Kammer vorgenommen wird.