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Vorrichtung zur Bestimmung des Heizwertes von Gasen. Gegenstand der
Erfindung ist ein Kalorimeter zur Bestimmung des Heizwertes brennbarer Gase, und
zwar ein solches, bei welchem die Wärme des verbrannten Gases G auf einen Wasserstrom
übertragen und der Heizwertes aus der Temperaturerhöhung t,1 und Menge W des Wassers
bestimmt wird, entsprechend der Formel
Es sind Kalorimeter dieser Art bekannt, bei denen das Verhältnis
gleichbleibend gehalten wird, so (laß der Heizwert durch Multiplikation der Verhältniszahl
mit der Temperaturerhöhung des Wassers gefunden wird, und auch solche, bei denen
das Verhältnis
auf z gebracht wird, indem dasBrenngas durch das erwärmte oder zu erwärmende `Nasser
in gleicher Menge verdrängt und zum Brenner des Kalorimeters getrieben wird. Bei
diesen Kalorimetern erübrigt sich jede Rechnung, indem das Maß der Temperaturerhöhung
in Celsiusgraden gleichzeitig das Maß für den Heizwert in Wärmeeinheiten ist. Beispielsweise
entspricht in diesem Falle eine Temperaturerhöhung von 5,a3° C einem Heizwert von
5,23 Calfl oder 5230 Cal/cbm. Das neue Kalorimeter gehört zu der letztgenannten
Art und bedeutet eine wesentliche Verbesserung derselben.
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Die bisherigen Kalorimeter dieser Art konnten nur periodisch, nicht
fortlaufend, in Betrieb gesetzt werden, weil das zur Abmessung des Gases dienende
Gefäß abwechselnd gefüllt und wieder entleert werden mußte. Dadurch war der Betrieb
sehr erschwert, denn der Gasbrenner mußte vor jeder Messung entzündet und in den
wärmeaufnehmenden Teil des Kalorimeters eingeführt werden, «-as umständlich war,
auch zu Fehlern Veranlassung gab. Das Kaloriineter arbeitete nicht dauernd im Beharrungszustande,
vielmehr mußte ein solcher vor jeder einzelnen Bestimmung abgewartet werden, und
da der Gasraum abwechselnd mit kaltem und mit warmem Wasser gefüllt wurde, war auch
die Temperaturbestimmung des Gases erschwert. Bei dem neuen Kaloriineter sind diese
Nachteile vermieden und neue Vorteile gewonnen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch
erreicht, daß zwei (oder mehr) Vorrichtungen zur Abmessung und Verdrängung des Gases
durch das Wasser vorhanden sind, welche nacheinander, ohne daß die Flamme erlischt,
in Tätigkeit treten, und daß zweckmäßig diese Vorrichtungen durch Umschaltorgane
(Hähne o. dgl.) in der Weise miteinander verbunden sind, daß die erforderlichen
Umschaltungen schnell und gleichzeitig geschehen können, damit der Beharrungszustand
im wärmeaustauschenden Teil des Kalorimeters nicht gestört wird. Zweckmäßig werden
sämtliche Umschaltorgane miteinander gekuppelt, so daß sie mit einem einzigen Griff
bedient werden können. Es können auch Mittel vorgesehen werden, durch welche die
Umschaltvorrichtungen im geeigneten Zeitpunkt selbsttätig geschaltet ""-erden; es
ergibt sich alsdann ein vollkommen selbsttätig arbeitendes, ständigen Betrieb ermöglichendes
Kalorimeter, welches gegenüber den bisher bekannten selbsttätigen Kalorimetern den
Vorteil großer Einfachheit und Billigkeit aufweist. Durch Zusammenbau der beiden
(bzw. mehrerer) Vorrichtungen zum Abmessen und Verdrängen des Gases wird ein Temperaturausgleich
zwischen ihnen und damit eine gleichbleibende Temperatur des Gases erreicht. Durch
einen in genügender Höhe über der Abmeßvorrichtung eingebrachten Überlauf wird eine
gleichbleibende Wasserzufuhr zu den Meßgefäßen und damit auch eine gleichbleibende
Gaszufuhr
zum Brenner erreicht, während der Zutritt von Wasser
zum Brenner durch Anordnung des Gasumschalthahnes oberhalb des Oberlaufes verhindert
wird; durch einen Wasserverschluß am Wasserauslauf wird erreicht, daß selbst bei
fehlerhafter Bedienung der Schaltvorrichtungen kein Gas ins Freie austreten kann.
Mit dem neuen Kalorimeter wird der obere Heizwert unmittelbar gemessen, und es ist
dabei der Rauminhalt der Abmeßvorrichtungen ohne Bedeutung, ebenso, ob die Umschaltung
immer nach vollkommener Füllung der Gefäße oder schon vorher vorgenommen wird, da
das Verhältnis
in allen Fällen gewahrt ist.
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Die Abbildungen der beiliegenden Zeichnungen zeigen schematische Ausführungsbeispiele,
und zwar Abb. i die Gesaintanortlnung senkrecht geschnitten, Abb. 2 die Meßvorrichtung
B der Abb. i bei anderer Stellung der -Umschalthähne, Abb.3 eine Meßvorrichtung
mit anderer Anordnung der Umschalthähne in senkrechtem Schnitt, Abb. .i dieselbe
im Querschnitt nach I\'-IV der Abb. 3, Abb.5 einen Querschnitt nach V-V der Abb.
3, Abb. 6 einen solchen nach VI-VI der Abb. 3, Abb. 7 eine selbsttätige Meßvorrichtung,
Abb.8 einen Querschnitt nach VIII-VIII der Abb. 7.
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Bei der in Abb. i und 2 dargestellten Gesamtanordnung des neuen Kalorimeters
ist .-i ein Stromkalorimeter an sich bekannter Bauart, z. B. nach Patent 72564,
zweckmäßig von kleineren Abmessungen, als bisher üblich, und P eine Abmeßvorrichtung
für das dein Brenner i des Kalorimeters A zugeführte Gas. Diese Abmeßvorrichtung
besteht aus einem zvlindrischen Gefäß 2, welches durch eine Trennwand 3 in -zwei
ungefähr gleich große Kammern q. und 41 geteilt ist. Die Kammern sind mit je einem
Wasserzuflußrohr 5 bzw. 51, einem Ausflußrohr 6 bzw. 61 und einer Gasleitung 7 bzw.
71 verbunden. Diese Leitungen stehen mit den mehrwegigen Umschalthähnen 8, 9, io
in Verbindung, deren Griffe durch die Stange 13 miteinander gekuppelt sind. Der
Hahn 9 ist durch die Leitung i i mit dem Wasseraustrittsrc.lir des Kalorimeters
A verbunden und kann so geschaltet werden, daß das vom Kalorimeter kommende Wasser
entweder in die Kammer 4 (Abb. 2) oder 41 (Abb. i) eintritt und diese füllt, während
gleichzeitig der Hahn 1o den Auslauf der anderen Kammer freigibt. Der Hahn 8 dient
zum Zuleiten des zu untersuchenden Gases aus der Leitung 14 in die Meßkammern. gleichzeitig
aber auch zum Ableiten des gemessenen Gases durch die Leitung 15 nach dem Brenner
i des Kalorimeters A. Er ist so gebohrt, daß das Gas aus der sich mit Wasser füllenden
Kammer zum Brenner gelangt, während die andere Kammer mit der Gasleitung 14 verbunden
ist. Er liegt höher als der Zuflußüberlauf 16 des Kalorimeters Das Ablaufrohr 12
des Hahnes io endet in einem U-förmigen Wasserverschluß 17, durch welchen zwar das
Wasser, aber kein Gas ausströmen kann.
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Bei der Ausführungsform Abb. 3 bis 6 sind die drei Umschalthähne 18,
19, 20 gleichachsig übereinander angeordnet und durch Kuppelstangen 21, 22 miteinander
verbunden. Diese Kuppelstangen sind hohl, ebenso sind die Küken der Hähne i9 und
2o mit einer achsialen Bohrung versehen, die aber mit den Querbohrungen dieser Hähne
nicht verbunden ist. Es kann daher das Gas durch die Kuppelstangen 21, 22 und die
Hahnbohrungen vom Hahn 18 nach unten zum Rohr 15, welches zum Brenner führt, geleitet
werden. Abb. 4. zeigt einen Querschnitt durch den Umschalthahn 18, -welcher als
Gashahn dient. Das Küken dieses Hahnes besitzt die Kanäle3o, 31 und eine zentrale
Bohrung 32, die mit, dem Kanal 31 verbunden ist. In der gezeichneten Stellung ist
das Gaszuführungsrohr 14 durch das Rohr; mit der Kammer 4 verbunden, so daß diese
sich mit Gas füllen kann, während das Rohr 71 mit der Bohrung 32 verbunden ist,
so daß aus der Kammer -l das Gas in die Bohrung 32, dann durch die Rohre 21, 22,
15 zum Brenner strömen kann. Wird das Küken um 9o° zurückgedreht, so ist die Schaltung
der Rohre sinngemäß entgegengesetzt. Abb. 5 zeigt die Durchführung der Kuppelstange
22 durch die Meßkammern im Querschnitt. Der Behälter wird von einem zentralen Rohr
23 durchzogen, an welches die den Behälter in zwei Meßkaminern unterteilende Scheidewand
3 angelötet ist. Das Rohr 23 dient zur Durchführung der Kuppelstange 22. Diese ist
mit dein zentral durchbohrten Küken des Hahnes 2o (Abb. 6) fest verbunden, so daß
sie sich mit letzterem drehen kann. Das Küken ist ferner durch eine Stopfbüchse
mit dem zum Brenner führenden Rohr 15 verbunden, so daß das Gas von oben durch das
Küken hindurch zum Brennerrohr 15 gelangen kann.
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Abb. 6 zeigt den Hahn 2o im Querschnitt. Das Küken diesesHahnes enthält
eine zentrale Bohrung 33 und am Umfang einen damit nicht verbundenen Kanal 24, welcher
j e nach der Stellung fies Kükens das Röhr 6 oder 6' mit dem Überlaufrohr r2 verbinden
kann.
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Abb. 7 und 8 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Umschaltung
der
Hähne selbsttätig, und zwar durch eine elektrische Einrichtung,
erfolgt. In den Deckeln der Kammern 4., .li sind isoliert elektrische Kontakte25,
251 angeordnet, in den Kammern selbst an Hebeln bewegliche Schwimmer 26,:261, welche
beim Ansteigen des Wassers gehoben werden und die elektrischen Kontakte schließen.
Der Arm 27 des Hahnes 2o ist mit Eisenkernen 28, 281 verbunden, die in Solenoiden
29, 291 geführt sind und in diese hineingezogen werden, sobald der Strom durch den
entsprechenden Schwimmer geschlossen wird. Hierdurch werden die Hähne selbsttätig
umgeschaltet. Die Zahl der Umschaltungen wird durch ein elektrisch betätigtes Zählwerk3o
an sich bekannter Bauart gezählt. Natürlich kann die Umschaltung auch in anderer
Weise erfolgen und als Kraftquelle beispielsweise die Energie des ausfließenden
Wassers benutzt werden.
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Die Wirkungsweise der neuen Vorrichtung ist folgende: Dem Kalorimeter
<4 wird Kiihlwasser in üblicher Weise zugeleitet, wobei durch den Überlauf 16
eine gleichbleibende Druckhöhe erhalten wird. Durch das Rohr r r wird das Wasser
nach Messung seiner Erwärmung dem Hahn 9 (Abb. i und 2) bzw. i9 (Abb. 3 bis 7) zugeführt,
der es, je nach seiner Stellung, beispielsweise in die Kammer .1 leitet. Der Gashahn
8 stellt währenddessen eine Verbindung des Gaszuflußrohres 14 mit der Kammer d.
und eine solche der Kammer ¢1 mit dem Brennerrohr 15 her, der Wasser abflußhahn
r o verbindet die Kammer d. mit dem Wasserablaufrohr 12. Es wird sich daher die
Kammer q@ mit Wasser füllen, wobei die in der Kammer vorher enthaltene Luft durch
den Brenner entweicht. während zu gleicher Zeit das in der Kammer d. enthaltene
Wasser abläuft und die Kammer sich mit Gas füllt. Wenn die Kammer 4.1 sich mit Wasser
gefüllt hat, werden die drei Hähne schnell umgelegt, wodurch das Wasser in die Kammer
d. geleitet und das in ihr vorhandene Gas zum Brenner gedrängt wird, während das
Wasser der Kammer q1 ausläuft und diese sich mit Gas füllt. Nunmehr kann das Gas
am Brenner entzündet und letzterer in das Kalorimeter eingeführt werden. Sofort
beginnt die Temperatur des Wassers zu steigen, bald ist der Beharrungszustand erreicht,
und es kann die Temperaturerhöhung des Wassers gemessen werden, welche dem Heizwert
für i Liter Gas entspricht. Fortan ist nur darauf zu achtep, daß die drei Hähne
im richtigen Zeitpunkt umgestellt werden. Um diesen kenntlich zu machen, können
an den Behältern Wasserstandsgläser angebracht sein. Der Heizwert kann alsdann fortlaufend
während beliebig langer Zeit bestimmt werden. Bei Benutzung einer selbsttätigenUmschaltvorrichtung,
etwa nach Abb. 7, und einer Vorrichtung zum Registrieren der Temperaturdifferenz
wird die Vorrichtung den Heizwert ohne jegliche Bedienung selbsttätig aufzeichnen.