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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 Brennstoff-Verfeuerungsgeschwindigkeiten
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 Tauchrohr eine Anordnung zur Erzeugung
und Verteilung von kleinen Gasblasen angeordnet ist. Diese Vorrichtung ist dadurch
gekennzeichnet, daß der Tauchbrenner so angeordnet ist, daß seine Brennkammer über
dem Wasserspiegel liegt, und zur Erzeugung und Verteilung der Gasblasen am Ende
des Tauchrohres eine Vorrichtung angeordnet ist, die mit Hilfe beweglicher Lochplatten
die aus dem Tauchrohr austretenden Verbrennungsgase in kleine Blasen zerteilt und
dabei gleichzeitig durch die Bewegung der Lochplatten eine innige Vermischung von
Gasblasen und Schmelzwasser herbeiführen, oder daß zur Erzeugung und Verteilung
der Gasblasen die Wand des Tauchrohres auf ihrer Innenseite mit spiralförmigen Nuten
und unterhalb des Schmelzwasserspiegels mit kleinen. tangential gerichteten Austrittsöffnungen
versehen ist.
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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 Brennem gemäß der Erfindung, F i
g. 2 einen Längsschnitt eines Brennerrohres gemäß einer Ausführungsforin
der Erfindung, F i g. 3 eine Draufsicht in der Ebene längs der Linie III-111
der F 1 g. 2, F i g. 4 einen Längsschnitt eines Brennerrohres gemäß
einer anderen Ausführungsform der Erfindung, F i g. 5 einen Längsschnitt
eines Brennerrohres ge-mäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. 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 weggelassen 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 -emäß 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 der nachstehend
an Hand von F i g. 2 bis 5 beschriebenen Anordnungen zur Zerteilung
der Verbrennungs-C Crase in kleine Blasen und zur Verteilung dieser Blasen in dem
Schmelzwasser versehen ist. Verbrennunaszase, die unten aus dem Tauchrohr austreten,
gelangen unmittelbar oder mittelbar in die Wassermasse 56. Erfindungsgemäß
werden sie dabei radial zum Tauchrohr verteilt. Bei unmittelbarem Austritt der Ab"ase
aus dem Tauchrohr ist die Wand des Tauchrohres auf ihrer Innenseite mit spiralförmigen
Nuten und unterhalb des Schmelzwasserspiegels mit kleinen, tangential gerichteten
Austrittsöffnungen versehen, so daß den Verbrennungsgasen beim Abwärtsströmen im
Tauchrohr eine Wirbelbewegung erteilt wird und sie durch die kleinen Wandöffnungen
des Tauchrohres in Form kleiner Blasen mit einer Geschwindigkeitskomponente quer
zur Tauchrohrachse ausgestoßen werden. Bei mittelbarem Austritt der Abgase aus dem
Tauchrohr besitzt die Wand des Tauchrohres keine öffnungen, sondern es befindet
sich am unteren Ende des Tauchrohres eine Anordnung von Lochplatten, durch die die
aus dem Tauchrohr austretenden Abgase aufsteigen müssen, wobei sie in kleine Blasen
zerteilt werden, und gleichzeitig durch die Bewegung der Lochplatten eine innige
Durchmischung der Gasblasen mit dem Schmelzwasser bzw. eine noch weitere Zerteilung
der Blasen zustande kommt.
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Der Brenner 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 Öl-
brenners 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.
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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 aus dem Tauchrohr 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 aus dem Tauchrohr 54 austretenden Abgase streichen in Form kleiner
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 durchgewirbelt
und verteilt und fällt in gleichmäßiger Verteilung auf das Wasser in der Schmelzkammer.
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Das untere Ende des Rohres 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 Wänne 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 der Gasblasen-Erzeugungs- und Verteilungseinrichtung
und durch geeignete Regelung des Luftdruckes an den Brennern vermieden werden.
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Bei der in F i g. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform
der Erfindung verlassen die Abgase das Tauchrohr 54 mittelbar auf dem Weg durch
eine Anzahl von beweglichen Lochplatten. Zu diesem Zweck ist das untere Ende des
Tauchrohres 54 von dem Rahmen 110 umgeben, in welchem aus Lochplatten 112
bestehende Zwischenböden angeordnet sind, die sehr dicht an das Tauchrohr heranreichen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Lochplatten 112 starr ausgebildet
und derart schwenkbar übereinander an dem Rahmen 110 befestigt, daß sie beschränkte
Winkelbewegungen ausführen können. Der Rahmen 110 selbst ist mit wenigen
Öffnungen nahe am Boden der Schmelzkammer und unter dem Ende des Tauchrohres 54
versehen.
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Die Verbrennungsgase treten aus dem Tauchrohr 54 in Form sehr großer
Blasen aus und müssen zum größten Teil durch die Öffnungen der Platten 112 aufsteigen.
Durch geeignete Wahl der Abmessungen der Öffnungen in den Lochplatten 112 kann die
Größe der Blasen beträchtlich vermindert und somit ein günstiges Verhältnis von
Oberfläche zu Volumen er-reicht werden. Die Öffnungen in übereinanderliegenden Platten
können gegeneinander versetzt sein, um einen stärker gekrümmten Blasenweg und damit
eine weitaus innigere Mischung von Abgas und Schmelzwasser herbeizuführen. Die Öffnungen
in dem Rahmen 110 gewährleisten, daß das untere Ende des Tauchrohres 54 und
die Lochplatten 112 überflutet bleiben. Außerdem entsteht durch diese Anordnung
ein ständiger Flüssigkeitsumlauf, da in die Seitenöffnungen des Rahmens
110 Wasser in Richtung der Pfeile eingesaugt wird.
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Da die Abgase aus dem Tauchrohr 54 mit beträchtlicher Geschwindigkeit
ausströmen, übertragen sie einen Teil ihrer Bewegungsenergie auf die schwenkbaren
Lochplatten 112, so daß diese nicht nur die Aufgabe der Zerteilung der Abgase in
kleine Blasen erfüllen, sondern gleichzeitig in ständige Schwingungen versetzt werden,
indem sie von den Gasen nach oben gedrückt werden und dann wieder infolge der Schwerkraft
nach unten sinken. Hierdurch wird dem Schmelzwasser eine zusätzliche Bewegung erteilt,
die zur gründlicheren Durchmischung von Abgas und Wasser und mithin zu einer besseren
Wärmeübertragung beiträgt.
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Nach einer anderen Ausführungsform können die Lochplatten 112 elastisch
ausgebildet sein. In diesem Fall sind die Lochplatten ebenfalls nur mit einer Seite
am Rahmen 1.10 befestigt, und ihre schwingende Auf- und Abbewegung beim Durchgang
der Abaase beruht darauf, daß sie sich abwechselnd unter der Wirkung der aufsteigenden
Gase nach oben und dann wieder infolge ihrer Elastizität nach unten biegen. In jedem
Fall können die Lochplatten 112 auf jede beliebige Feuerungsgeschwindigkeit des
Brenners abgestimmt sein, so daß durch die aufsteigenden Ab-
gase eine starke
Schwingung der Platten erzeugt wird.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 4
dargestellt. Hier verlassen die Verbrennungsgase das Tauchrohr 54 mittelbar auf
dem Weg über die Glocke 114, deren ebene Oberseite als Lochplatte ausgebildet ist.
Dadurch werden die Abgase in kleine Blasen zerteilt und gleichzeitig über die ganze
Oberfläche der Glocke verteilt. Unmittelbar über der Lochplatte der Glocke 114 befindet
sich eine zweite Lochplatte 116, die auf einer das Tauchrohr 54 umgebenden
Buchse 118 in den Lagern 120 und 122 um die Achse des Tauchrohres 54 drehbar
gelagert ist. Die Lager 120 und 122 können aus Hartgummi oder einem ähnlichen Werkstoff
bestehen, der unter Wasser als Lager verwendbar ist.
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In der Buchse 118 befinden sich Löcher, damit das Wasser die
Lager zwecks Kühlung erreichen kann, weil die Lager nicht nur durch die Laufreibung,
sondern auch infolge Wärmeleitung von den heißen Abgasen durch die Wand des Tauchrohres
54 erhitzt werden. über dem Schmelzwasserspiegel 40 ist die Buchse 118 mit
einer Riemenscheibe 124 versehen, die über den Riemen 126 und die Riemenscheibe
128
durch den Elektromotor 130 angetrieben wird.
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Die von den Löchern der Glocke 114 erzeugten Blasen müssen daher durch
die Lochplatte 116 hindurchtreten und werden unter der durch den Umlauf dieser
Platte erzeugten Scherwirkung noch weiter zerkleinert, was zu einer Verbesserung
der Wärmeübertragung führt. Ein besonderer Vorteil dieser Ausführungsform der Erfindung
liegt darin, daß sie einen sehr niedrigen Wasserstand 40 in der Schmelzkammer zuläßt.
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F i g. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung. Hier
ist das Tauchrohr 54 selbst so ausgebildet, daß die heißen Abgase aus ihm unmittelbar
in Form kleiner Blasen in tangentialer Richtung weggeschleudert werden. Gemäß dieser
Ausführungsform der Erfindung ist das Tauchrohr 54 auf seiner Innenseite mit spiralförmigen
Nuten versehen, die den abwärts strömenden Verbrennungsgasen eine Wirbelbewegung
erteilen. Der untere, unter dem Schmelzwasserspiegel gelegene Teil 98 des
Tauchrohres ist mit einer großen Anzahl von tangential oder nahezu tangential gerichteten
kleinen Öffnungen versehen, durch die die Verbrennungsgase infolge der durch die
Wirbelbewegung entstehenden Zentrifugalkraft hinausgeschleudert werden. Die Wirkung
dieser Anordnung besteht darin, daß die heißen Verbrennungsgase in eine große Anzahl
kleiner Blasen zerteilt werden, denen gleichzeitig eine von dem Tauchrohr 54 weggerichtete,
tangentiale Geschwindigkeitskomponente erteilt wird, so daß eine gute Verteilung
der Blasen in dem Schmelzwasser und mithin eine gute Wärmeübertragung zustande kommt.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung dieser Ausführungsform der Erfindung
sind an den einzelnen Austrittsöffnungen auf der Außenseite der Tauchrohrwand
98 Verlängerungsrohre 100 befestigt, wodurch erreicht wird, daß die
Austrittsstellen der Gasblasen in das Schmelzwasser noch weiter voneinander entfernt
liegen und mithin eine Zusammenlagerung der kleinen Blasen zu größeren Blasen verhindert
und eine noch bessere Verteilung der Gasblasen im Schmelzwasser erzielt wird.