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Verfahren zur physikalischen und chemischen Schwinqunqsbehandlung
von Dämpfen oder Flüssigkeitstropfen, die von Gasen oder Dämpfen getragen werden
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur physikalischen und chemischen Behandlung
von Dämpfen sowie von in Gasen oder Dämpfen getragenen Flüssigkeitstropfen unter
Einwirkung der Schwingungen eines Schwingrohres.
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Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, Schwingrohre an Stelle
der Verbindung eines im Zweitakt arbeitenden Kolbenmotors mit einem Kolbenverdichter
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 oder Kurbeln 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 spülbare Kammer verwendet.
Die Reaktionsteilnehmer werden in diesem Schwingrohr und der Kammer sowie in einer
an den Schwingungen teilnehmenden dazwischenliegenden Kammer behandelt. Beispielsweise
setzt sich das Schwingrohr in einem Expansionsraum fort, der seinerseits gleichachsig
mit einer schwingrohrähnlichen spülbaren Kammer für die zu behandelnden Gase in
Verbindung steht, wobei das Schwingrohr ein Auslaßorgan besitzt.
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An Hand der Zeichnung sei zunächst die Wirkungsweise eines einzelnen
Schwingrohres geschildert. 11 sei ein etwa 2 m langes Rohr, das mit den Einlaßorganen
12 und 13 für die Gase sowie für von Gasen getragene Flüssigkeitstropfen versehen
ist, die in zündfähiger N1ischung einströmen. Diese Organe arbeiten in bekannter
Weise aerodynamisch ohne bewegte Teile, so daß die Gefahr der 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. Infolge 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 aerow dynamischen und akustischen Gesetzen gehorchen.
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Unter Beachtung dieser kann man 100 bis 150 Explosionen je Sekunde
in einem solchen Rohr hervorrufen.
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Sind nun bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zwei solcher Rohre 11
und 16 mit einem Dampf- oder Gasraum 17 zu einer Einheit vereinigt und noch ergänzt
durch das Auslaßorgan 18 für verbranntes, 19 für verdichtete Medien, ferner 20 für
Frischdampf-oder -gas sowie nötigenfalls Tropfen, so arbeitet das Rohr wie ein Kolben-Motor-Verdichter
wie folgt: 1. 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 im Rohr
11 hervorruft.
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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 Einlaß organe 12/13 mit einer Spülpumpe
verbunden sind. In Rohr 16 wird Gas oder Dampf verdichtet und nach Erreichen eines
vorgeschriebenen Druckes durch Organ 19 geschoben.
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2. 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 im Rohr 11 verdichtet wird. Gleichzeitig schließt Organ 19 und der Einlaß
20 öffnet sich, so daß Rohr 16 mit Frischgas, Frischdampf oder Flüssigkeitströpfchen
in solcher gefüllt wird.
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Mit diesen Dampf- oder Gasbewegungen lassen sich erfindungsgemäß
physikalische und chemische Umsetzungen verbinden, besonders dann. wenn die Dämpfe
oder Gase Flüssigkeitstropfen tragen.
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Eine aerodynamisch richtige Gestaltung des Dampf-oder Gasraumes 17
empfiehlt sich. Zweckmäßig erweitert sich die Kammer 17 vom Ende 15 des Schwingrohres
11 mit sehr schwachem Winkel, also 10 bis 20.
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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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Die physikalische Behandlung der Dämpfe oder Gase besteht also nach
der Erfindung darin, ihnen einen höheren Druck zu erteilen oder sie zu erwärmen.
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Physikalisch betrachtet, wirkt die Vorrichtung wie eine einfache Pumpe.
Dabei ist ein Schwingrohr mit einer Expansionskammer verbunden, und diese setzt
sich in sclavingrohrähnliche, spülbare Kammern fort, welche praktisch der Pumpenraum
sind. Diese Kammern sind im wesentlichen rohrförmig und liegen gleichachsig hintereinander.
In dem Pumpenraum finden nur die genannten Umsetzungen der Dämpfe oder Gase statt.
Die vom Schwingrohr erzeugte und an einer gegenüberliegenden Wand reflektierte Druckwelle
ist mit dem Pumpenkolben vergleichbar. Im
wesentlichen findet also eine Umsetzung
der Gasenergie oder kinetischen Energie des Gases des Schwingrchres in potentielle
Energie, Wärmeenergie oder eine andere Energieart statt Demgegenüber findet keine
Umsetzung der Gasenergie oder kinetischen Energie des Gases, welche das Schwingrohr
erzeugt, in kinetische Energie oder Rotationsenergie statt.
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Es ist dabei zu beachten, daß sich zwar die spülbare Kammer 16, die
eine Pumpe darstellt, mit Gas, Dampf oder Flüssigkeitströpfchen in Gasen oder Dämpfen
betreiben läßt, nicht aber die Kammer 11, deren Wirkung einem Motor entspricht.
Erst eine Gasgemischzündung, bei der das Gasgemisch mit Flüssigkeitströpfchen beladen
sein kann, löst die Schwingungen der Gasmassen im Rohr 11 und im Dampf- oder Gasraum
17 sowie der Gas- oder Dampfmassen im Rohr 16 aus.