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Vorrichtung zum Schmelzen von Schnee oder Eis Vorrichtungen zum Schmelzen
von Schnee oder Eis, in denen die Höhe des Wasserspiegels des zu Wasser geschmolzenen
Gutes durch ein überlaufrohr festgelegt ist, sind, auch in fahrbarer Ausbildung,
bekannt. Bei vielen derartigen Vorrichtungen, besonders bei den feststehenden, wird
die Schmelzwärme durch indirekte Beheizung des Schmelzwassers mit Verbrennungsgasen
oder Dampf zugeführt. Diese Art der Wärmezufuhr hat aber einen geringen Wirkungsgrad.
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Bei anderen bekannten Schneeschmelzvorrichtungen erfolgt eine direkte
Einwirkung durch Aufprall von Flammen, Verbrennungsgasen, Dampf, heißer Luft oder
heißem Wasser.
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In Abhängigkeit von der Ausbildung der Vorrichtung können die Brennstoffverfeuerungsgeschwindigkeiten
und Schneezuführungsgeschwindigkeiten mehr oder weniger thermisch wirksam gemacht
werden. In der Praxis ist jedoch der Wärmewirkungsgrad nicht allein von Bedeutung.
Ein Gesichtspunkt von größter Bedeutung, besonders bei auf Fahrzeugen angeordneten
Schmelzvorrichtungen, ist der gedrungene Aufbau oder die Anzahl von Wärmeeinheiten,
die je Raum- und Zeiteinheit in den Schnee Übergeführt werden können. In diesem
Sinne ist ein außerordentlich gedrungener Aufbau wünschenswert.
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Es ist auch bereits eine fahrbare Schneeschmelzvorrichtung bekannt,
bei der heiße Verbrennungsgase durch Verbrennung von festen Brennstoffen auf einem
Rost erzeugt und durch einen Ventilator zunächst durch unter dem Schmelzwasserspiegel
gelegene, indirekte Wärmeaustauschrohre gefördert werden und dann zum direkten Wärmeaustausch
durch eine durchlöcherte Wand in das Schmelzwasser eintreten.
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Schließlich sind auch Tauchbrenner zum Erhitzen von Flüssigkeiten
bekannt, bei denen am Tauchrohrende eine Vorrichtung zur Erzeugung und Verteilung
von kleinen Gasblasen angeordnet ist. Da beim Schmelzen von Schnee oder Eis aber
nicht nur die Abgase der Heizvorrichtungen, sondern auch die Wärme des erwärmten
Schmelzwassers ausgenutzt wird, liegt es auf der Hand, daß auch bei Vorrichtungen
zum Schmelzen von Schnee oder Eis die bekannten Tauchbrenner verwendet werden können.
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Die Erfindung betrifft eine besonders wirksame Vorrichtung zum Schmelzen
von Schnee oder Eis in einer Schmelzkammer, in der die Wasserspiegelhöhe des zu
Wasser geschmolzenen Gutes durch ein überlaufrohr festgelegt ist und das Schmelzen
mittels eines Tauchbrenners erfolgt, an dessen Tauchrohrende eine Vorrichtung zur
Erzeugung und Verteilung von kleinen Gasblasen angeordnet ist. Diese Vorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchbrenner so angeordnet ist, daß seine Brennerkammer
über dem Wasserspiegel liegt, und zur Erzeugung und Verteilung der Gasblasen am
Ende des Tauchrohres eine die Abgase umlenkende Prallplatte angeordnet ist, von
der aus die Abgase unmittelbar oder mittelbar in das Wasser austreten. Weitere Merkmale
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der Erfindung liegt die überlegung zugrunde, daß der Wirkungsgrad
der Wärmeübertragung von den Verbrennungsgasen zum Wasser von der innigen Vermischung
und der Größe der Gasblasen abhängt. Die innige Vermischung auf Grund sehr turbulenter
Strömungsbedingungen und große Werte des Verhältnisses von Gasoberfläche zu Volumen,
die sich aus kleinen Blasen ergeben, führen beide zur Steigerung der Geschwindigkeit
des Wärmeüberganges je Volumeinheit der Schmelzkammer.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und nachstehend erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine im Schnitt dargestellte Seitenansicht
einer Schmelzkammer mit den Brennern gemäß der Erfindung,
F i g.
2 einen Längsschnitt des Brennertauchrohres gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
F i g. 3 einen Längsschnitt eines Brennertauchrohres gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung, F i g. 4 einen Längsschnitt eines Brennertauchrohres gemäß einer
anderen Ausführungsform der Erfindung, F i g. 5 einen Querschnitt durch eine Schmelzkammer
mit mehreren Brennern und überlaufrohren. Gemäß F i g. 1 ist die Schmelzkammer 20
mit Beinen 22 versehen, die auf einer Unterlage 24 stehen. Diese Unterlage kann
z. B. die Pritsche eines Fahrzeuges, eine Straße oder ein Bürgersteig sein. Soweit
ein beweglicher Einbau in Betracht gezogen wird, kann die Schmelzkammer einteilig
mit dem Fahrzeug ausgeführt sein, wobei die Beine 22 fortgelassen werden können.
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über der Schmelzkammer ist eine Haube 26 mit einem domartigen Oberteil
28 und einem unteren Teil 30 angeordnet, der als Anpassungsstück zur
Schmelzkammer gestaltet ist. Das Schneezuführungsrohr 32 mündet tangential in den
oberen Teil der Haube ein. Das Auslaßrohr 34 für die Abgase geht lotrecht durch
die Haube. Das untere Ende des Auslaßrohres 34 befindet sich unter der Einmündungsstelle
des Schneezuführungsrohres 32.
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Das senkrechte Überlaufrohr 36 kann außerhalb der Kammer in beliebiger
Weise verlängert und für den Anschluß eines Schlauches ausgebildet sein. An seinem
oberen Ende ist das überlaufrohr 36 mit einer Kappe 38 versehen, um Verstopfungen
zu verhindern. Der Wasserspiegel ist mit 40 bezeichnet.
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Bei Anordnung auf einem Fahrzeug trägt der biegsame Schlauch
42 an seinem Ende eine Düse 46, die in dem Ring 48 abgestützt
sein kann, der seinerseits durch Streben 50 an dem Fahrzeug befestigt ist.
Diese Streben sollen zweckmäßig verlängerbar und drehbar sein, um die Wasserausgabe
aus der Düse 46 in verschiedenen Entfernungen und Richtungen zu ermöglichen.
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In der Schmelzkammer befindet sich gemäß der Erfindung wenigstens
ein Tauchbrenner 52, 54, dessen Brennerkammer 52 über dem Wasserspiegel
40 angeordnet ist, wobei dessen Tauchrohr 54, das sich von dem Brenner
nach unten unter den Wasserspiegel 40 in die Wassermasse 56 erstreckt, mit einer
Prallplatte 58 versehen ist. Verbrennungsgase, die unten aus dem Tauchrohr
austreten, gelangen unter Umlenkung unmittelbar oder mittelbar in die Wassermasse
56. Durch die Prallplatte werden die Abgase radial zum Tauchrohr verteilt. Beiunmittelbarem
Austritt der Abgase aus dem Tauchrohr ist die Prallplatte 58 dicht unter
dem Tauchrohr 54 aufgehängt, so daß dazwischen ein ringförmiger Spalt entsteht,
durch den die Abgase mit einer Geschwindigkeitskomponente quer zur Tauchrohrachse
ausgestoßen werden.
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Der Brenner selbst kann in bekannter Weise ausgeführt sein, wobei
es unerheblich ist, welche Brennstoffe verfeuert werden. Zur Lagerung eines jeden
Tauchbrenners ist je ein Arm 59 vorgesehen, der von der Innenwand der Schmelzkammer
ausgeht.
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Die Schmelzkammer 20 ist von Verteilerrohren 60,
62
und 64 umgeben, die bei Verwendung eines ölbrenners für die Luft- und ölzuführung
zu den Brennern und die Ölrückführung von den Brennern 52 dienen. Die Leitungen
sind mit den für den Betrieb des Brenners erforderlichen Ventilen 66, 68, 70 versehen.
Beim Betrieb der Schmelzvorrichtung wird, wie bei Tauchbrennern bekannt, die Luft
unter einem so hohen Druck zugeführt, daß sie die Wassersäule aus dem Tauchrohr
54 verdrängt und die Abgase zwischen dem Ende des Tauchrohres und der Prallplatte
58 austreten. Der Luftdruck soll jedoch nicht so hoch sein, daß der Flüssigkeitsinhalt
der Schmelzkammer unnötig aufgerührt wird, insbesondere wenn die Haube 26 abgenommen
ist, wozu der Luftdruck an der Brennerflamme und im Tauchrohr durch das Ventil 66
geregelt werden kann.
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Die an der Prallplatte 58 austretenden Abgase streichen in Form großer
Blasen durch die Wassermasse 56, wodurch diese direkt erhitzt wird. Die Verbrennungsgase
entweichen aus der Schmelzkammer durch das Auslaßrohr 34. In der Zwischenzeit beginnt
man mit der Zufuhr von Schnee durch das Rohr 32. Da der Schnee tangential in den
domartigen Oberteil 28 der Haube eintritt, wird er durchwirbelt und verteilt und
fällt in gleichmäßiger Verteilung auf das Wasser in der Schmelzkammer.
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Das untere Ende des Auslaßrohres 34 befindet sich unter der Einmündungsstelle
des Rohres 32, damit der Schnee nicht von den ausströmenden Abgasen mitgerissen
wird. Es findet auch eine beträchtliche Wärmeübertragung von den Abgasen unmittelbar
auf den Schnee statt. Der größere Teil der Wärmeübertragung auf den Schnee erfolgt
jedoch, wenn der Schnee das Wasser berührt und von diesem benetzt wird.
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Die Arbeitsweise ist kontinuierlich, wenn das Fahrzeug, welches den
Schneeschmelzer nebst Hilfseinrichtungen, Schneeaufnahme- und Gebläseausrüstung
trägt, über die zu reinigende Straße fährt. Der Schnee wird fortlaufend durch das
Rohr 32 zugeführt, und Schmelzwasser fließt in entsprechender Menge durch das überlaufrohr
36 ab. Je größer die Geschwindigkeit der Schneezuführung ist, desto stärker werden
die einzelnen Brenner beheizt, oder desto größer ist die Anzahl der Brenner, die
in Betrieb genommen werden müssen. Etwas Wärme geht durch Wärmeleitung von den Wänden
des Tauchrohres 54
in das Wasser über, aber diese Wärmemenge ist im Vergleich
mit der dem Wasser direkt durch die Gasblasen zugeführten Wärme gering.
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Die Vorrichtung kann auch ohne die Haube 26 betrieben werden. Dann
besteht allerdings die Gefahr, daß das Wasser zum Teil von den aufsteigenden Blasen
aus der Kammer 20 ausgetrieben und dadurch der Wärmeübertragungsvorgang beeinträchtigt
wird. Dies kann durch geeignete Ausführung des Gasblasenerzeugungs- und -verteilungseinrichtung
und durch geeignete Regelung des Luftdruckes an den Brennern vermieden werden.
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Bevor eine Gasblase aus dem Tauchrohr 54 entweichen kann, muß der
Gasdruck in dem Tauchrohr groß genug sein, um den hydrostatischen Druck zwischen
der Flüssigkeitsoberfläche 40 und der Stelle des Gasblasenaustritts zu überwinden.
Wenn schließlich eine Gasblase freigegeben wird, insbesondere eine große, sinkt
der Druck im Tauchrohr, wodurch eine Verlängerung der Brennerflamme herbeigeführt
wird. Wenn aber der Blasenaustritt stoßweise erfolgt, so können die dadurch bedingten
Druckschwankungen im Tauchrohr die Flammenstabilität beeinträchtigen. Solche Druckschwankungen
am Brenner können durch eine durchlochte Drosselplatte in dem Tauchrohr herabgesetzt
werden.
Gemäß F i g. 2 ist die durchlochte Platte 90 quer in dem
Tauchrohr 54 und über dem Wasserspiegel 40 angeordnet. Durch die Wirkung der Verbrennungsgase
wird die Platte 90 außerordentlich heiß, und sie soll nicht durch zurücksteigendes
Wasser plötzlich abgekühlt werden, wenn die Flamme erlischt. Die Platte kann aus
keramischem oder anderem Werkstoff bestehen, der Flammentemperaturen ohne wesentliche
Verformung aushält.
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Die Öffnungen der Platte 90 wirken als Drosselöffnungen zur Dämpfung
von Druckschwankungen im Tauchrohr und verhindern dadurch das Zurücksteigen des
Wassers. Bei einfacher Ausführung können die Öffnungen parallel zum Tauchrohr verlaufen,
sie können aber auch zu der Achse des Tauchrohres geneigt sein, um einen Wirbel
der Verbrennungsgase herbeizuführen. Zusätzlich kann die Innenwandung des Tauchrohres
mit einer inneren Spiralnut oder Nuten 92 versehen sein, um eine Gaswirbelströmung
herbeizuführen und bessere Gasblasenausstoßbedingungen zu schaffen.
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Die Platte 90 drosselt den Gasstrom natürlich in beiden Richtungen.
Daher muß beim Einbau dieser Platte die Luft dem Brenner unter einem höheren Druck
zugeführt werden, als es sonst bei gleicher Heizstärke, gleicher Eintauchtiefe des
Tauchrohres 54 und gleichem Abstand der Prallplatte 58 vom unteren Ende des Tauchrohres
notwendig wäre. Die Drosselplatte 90 kann auch durch äquivalente Mittel, wie z.
B. eine keramische Blockstückdichtung, die zwischen Sieben über dem Wasserspiegel
40 gehalten werden, oder einfach eine in dem Tauchrohr ausgebildete Öffnungszone,
ersetzt werden.
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Die erfindungsgemäß erzielten Vorteile werden noch verbessert, wenn
die innige Mischung der Abgasblasen mit dem Wasser in der Schmelzkammer gesteigert
wird. Dies kann durch ein Mantelrohr in Verbindung mit dem Tauchrohr erreicht werden.
In F i g. 3 wird ein derartiges Rohr 94 mit Abstand um das Tauchrohr 54 herum von
Streben 96 Gehalten, die der Strömung in dem ringförmigen Raum zwischen dem engeren
und dem weiteren Rohr nur einen unbedeutenden Widerstand bieten. Das Mantelrohr
94 muß kurz unter dem Wasserspiegel 40 enden und vorteilhaft bis etwas unter die
Gasablenkplatte 58 reichen.
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Die heißen Gasblasen, die aus dem Tauchrohr austreten, steigen zwischen
dem Mantelrohr 94 und der Außenwandung des Tauchrohres an die Oberfläche
40, wodurch das Schmelzwasser im Schmelzbehälter umgewälzt wird, was in F
i g. 3 durch die eingetragenen Pfeile dargestellt ist. Durch diese Zirkulation wird
eine Mischwirkung in der Wassermasse 56 erreicht und dadurch die Wärme von den Gasblasen
noch besser auf das Wasser übertragen.
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F i g. 4 zeigt eine andere Einrichtung zur Erzeugung von Abgasblasen
und zur Verteilung derselben in der Wassermasse 56. Bei dieser Ausführungsform ist
das Tauchrohr 54 unten durch die Prallplatte abgeschlossen, und die Abgase treten
durch einen mit dem Tauchrohr durch Rohre 108 verbundenen und mit Austrittsöffnungen
versehenen Hohlring 104 mittelbar in das Schmelzwasser aus. Hierbei sind die Rohre
108 in ein das Tauchrohr 54 unten abschließendes Paßstück 106 eingesetzt.
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Diese Ausführungsform kann auch so abgewandelt werden, daß der Ring
104 durch mehrere konzentrisch zum Tauchroh liegende Ringe, die durch die radialen
Rohre 108 mit dem Tauchrohr verbunden sind, oder durch eine unmittelbar vom unteren
Ende des Tauchrohres 54 und über der Prallplatte ausgehende, flach oder konisch
ausgebildete Spirale ersetzt wird. Alle diese Ausbildungsformen haben den Vorteil
gemeinsam, daß eine beträchtliche Oberfläche für die die Blasen bildenden ®ffnungen
geschaffen wird, während der Wasserspiegel wesentlich niedriger sein kann. Die Absenkung
des Spiegels 40 ermöglicht eine weitaus gedrungenere Ausführung der ganzen Vorrichtung.
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Die in F i g. 5 dargestellte Ausführungsform der Erfindung ermöglicht
den Betrieb der Schmelzvorrichtung auch auf unebenem Boden oder auch auf einem Fahrzeug,
das auf einer schrägen Straße steht. Hier ist der Schmelzbehälter durch senkrechte
Stauwände 132 in mehrere Schmelzkammern unterteilt, von denen jede ein überlaufrohr
und mindestens einen Tauchbrenner enthält.
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Diese Bauart hat den Vorteil, daß auch bei beträchtlicher Neigung
des Schmelzbehälters keiner der Brenner im Wasser untertaucht und keines der Tauchrohre
mit seinem Blasenaustrittsende aus dem Wasser auftaucht.
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Die Abstände der Stauwände 132 voneinander hängen von der Größe des
Schmelzbehälters und des zu erwartenden Neigungswinkels ab. Die Notwendigkeit der
Anordnung von Stauwänden ist um so größer, je länger der Schmelzbehälter ist. Wenn
der Schmelzbehälter durch Stauwände in Kammern unterteilt ist, muß bei der Beschickung
mit Schnee darauf geachtet werden, daß der Schnee annähernd gleichmäßig auf alle
Kammern verteilt wird, in denen Brenner betrieben werden.