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Heizwertmesser Es sind Heizwertmesser bekannt, bei welchen eine bestimmte
Menge eines brennbaren, bezüglich seines Heizwertes zu prüfenden Stoffes, der fest,
plastisch, zähflüssig oder flüssig sein kann, bei atmosphärischem Druck in einem
Sauerstoffstrom verbrannt und die entwickelte Wärme an einen Flüssigkeitsvorrat
übertragen wird, so daß dessen Temperaturerhöhung oder thermische Ausdehnung ein
Maß für den gesuchten Heizwert ist. Ein Nachteil dieser Heizwertmesser bestand darin,
daß die Kammer, in welcher die Verbrennung der Brennstoffprobe vor sich geht, frei
in einem Schacht des Flüssigkeitsbehälters angeordnet ist, so daß die in ihr entwickelte
Wärme im wesentlichen nur durch die Strahlung der erhitzten Kammer und durch den
verhältnismäßig schwachen, die Kammer durchziehenden Sauerstoffstrom an den Flüssigkeitsvorrat
übertragen werden kann. Die Folge davon ist, daß die Kammerwände
angesichts
der reinen Sauerstoffverbrennung sehr hohe Temperaturen annehmen. -so daß auch hoch
feuerfeste Werkstoffe einer verhältnismäßig schnellen Zerstörung anheimfallen, daß
also die Kammern nach verhältnismäßig wenigen Verbrennungsvorgängen immer wieder
durch neue ersetzt werden müssen ferner dauert es auch verhältnismäßig lange, bis
der am Schluß der Verbrennung im NVerkstoff der Kammer bei hoher Temperatur aufgespeicherte
Anteil der Verbrennungswärme durch den weiterfließenden Sauerstoffstrom vollständig
an den Flüssigkeitsvorrat über tragen wird. Es wird dadurch nicht nur die zu einer
Messung erforderliche Zeit erheblich verlängert, sondern diese lange Nteßzeit gibt
ihrerseits wieder Anlaß zu AIeßungenauigkeiten durch erhöhte Strahlungsverluste
u. dgl.
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Die Erfindung bezweckt die Behebung dieser Nachteile, also die Erzielung
einer wesentlich stärkeren Wärmeübertragung zwischen Brennkammer und Flüssigkeitsvorrat,
um so einerseits die Temperatur der Brennkammerwände in solchen Grenzen zu halten,
daß selbst bei Verwendung nur mäßig feuerfester Werkstoffe, z. B. Metalle mit mittelhoch
liegendem Schmelzpunkt. eine ausreichende Lebensdauer der Brennkammer gewährleistet
ist. und um andererseits zu erreichen, daß die am Schluß der Verbrennung im Werkstoff
der Bremikammer aufgespeicherte Wärme verhältnismäßig schnell an den Flüssigkeitsvorrat
übergeht, so daß die Meßdauer abgekürzt wird und die von der Meßdauer abhängigen
Meßungenauigkeiten verringert werden.
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Nach der Erfindung berühren sich die Innenwand des die Brennkammer
aufnehmenden Schachtes und die Außenwand der Brennkammer unmittelbar. Infolge dieser
Berührung der Brennkammerwand durch die auf der anderen Seite von der wärmeaufnehmenden
Flüssigkeit bespülte Schachtwand erfährt die Brennkammerwand eine sehr wirksame
Kühlung, und die bei der Verbrennung der Brennstoffprobe an diese Wand übergehende
Wärme wird auf kürzestem Wege an den Flüssigkeitsvorrat übertragen. Infolgedessen
kann die Temperatur der Brennkammerw and bei weitem nicht so hoch ansteigen wie
bei einer frei im Schacht angeordneten Brennkammer. Demzufolge wird die Haltbarkeit
der Brennkammer selbst bei Verwendung nur mäßig feuerfesten Äverkstoffes wesentlich
gesteigert, und ihre Wiederabkühlung nach der Verbrennung geht wesentlich schneller
vonstatten.
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Zur Erzielung einer guten Berührung der Schachtinnenwand und der
Brennkammeraußenwand werden beide Wände zweckmäßig schwach kegelig ausgebildet.
Zweckmäßig ist der Kegelwinkel so klein, daß die in den Schacht eingeführte Brennkammer
durch die zwischen den beiden Kegelmänteln auftretende Reihung im Schacht festgehalten
wird.
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Wenn der eigentliche Schacht des Flüssigkeitsbehälters nicht so eng
gemacht werden kann, wie es zur unmittelbaren Berührung der Verbrennungskammerwand
erforderlich ist, z. B. aus baulichen Gründen. oder wenn der Erfindungsgegenstand
bei einem vorhandenen Gerät mit weitem Schacht nachträglich zur Anwendung kommen
soll. so kann in den weiten Schacht ein engerer Hilfsschacht eingesetzt werden.
Dieser Hilfsschacht kann als Ringhohl raum ausgebildet sein. der mit dem Hauptraum
des Flüssigkeitsbehälters durch geeignet angebrachte Verbindungsleitungen in dauernder
Verbindung steht. Ein solcher Hilfsschacht kann ferner durch Anordnung eines einseitigen.
über seine ganze Länge sich erstreckenden Spaltes eine gewisse Federungsmöglichkeit
in radialer Richtung erhalten seine Innenwand kann sich dann der Außenwand der Brennkammer
besonders gut anschmiegen; dadurch werden günstige Verhältnisse für die Wärmeüberleitung
von der einen Wand zur anderen geschaffen.
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Der Hilfsschacht kann auch einwandig ausgebildet und durch eine Vielzahl
wärmeleitender Stege oder Rippen mit der flüssigkeitsbespülten Wand des Hauptschachtes
verbunden sein.
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Die Zeichnung zeigt verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
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Abb. 1, 2. 3 und 6 zeigen je eine Ausführungsform im senkrechten
Längsschnitt; Abb. 4 zeigt die Ausführungsform nach Abb. 3 im senkrechten Schnitt
nach Linie IV-IV der Abb. 3; Abb. 5 zeigt die Ausführungsform nach Abb. 3 im Querschnitt
nach Linie V-V der Abb.3; Abb. 7 ist ein Ouerschnitt nach Linie VII-VII der Abb.
6.
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Übereinstimmende Teile sind gleich hezeichnet.
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Der Heizwertmesser gemäß Abb. I besteht im wesentlichen aus einem
ganz mit ruhender Flüssigkeit gefüllten Gefäß I, das in der Platte einen Schacht
2 aufweist. der nach unten offen ist, während sich an dessen oberes Ende annähernd
senl;recht nach unten verlaufende Rohre 3 anschließen, die in den untenliegenden,
durch eine Öffnung 5 mit der Atmosphäre verbundenen Ringraum 4 münden. und aus einem
an das obere Gefäßende sich anschließenden Steigrohr 6, ferner aus dem in den Schacht
2 einzuführenden Verbrennungsgefäß 7 mit der Sanerstoffzuleitung 8.
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Die Wand des Schachtes 2 ist in ihrem unteren Teil schwach kegelförmig
mit nach ol-en gerichteter Verjüngung gestaltet. Die
Außenwand des
Verbrennungsgefäßes 7 ist in gleicher Weise gestaltet, derart, daß die Kegelmäntel
des Schachtes und der Verbrennungskammer sich beim Einführen der letzteren in den
Schacht unmittelbar berühren. Das Sauerstoffzuleitungsrohr 8 durchdringt den Boden
10 der Verbrennungskammer 7 und trägt an seinem oberen Ende eine Kappe lt, welche
den zuströmenden Sauerstoff nach unten umlenkt, so daß er auf den im unteren Teil
der Verbrennungskammer lagernden Brennstoff I2 auftrifft und dessen Verbrennung
bewirkt.
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Die Brenngase strömen durch die oben offene Brennkammer in den Schacht
2 weiter, treten dann in die Röhren 3 über, sammeln sich im Ringraum4 und treten
durch dessen Offnung 5 ins Freie. Auf diesem Wege geben sie ihre Wärme völlig an
den Flüssigkeitsinhalt des Gefäßes I ab. Die Flüssigkeit dehnt sich dementsprechend
aus; die Ausdehnung kann am Steigrohr 6 gemessen werden. Infolge der innigen Berührung
zwischen dem Außenmantel des Verbrennungsgefäßes 7 und dem kegeligen Teil der Wandung
des Schachtes 2 findet während der Verbrennung eine wirksame Kühlung der Verbrennungskammerwand
statt, so daß diese keine übermäßig hohe, ihre Lebensdauer stark verkürzende Temperatur
annimmt. In einigem Abstand unterhalb des Bodens 10 der Verbrennungskammer 7 ist
auf dem Sauerstoffzuleitungsrohr 8 eine reflektierende Platte g befestigt, welche
den Zweck hat, die vom Brennkammerboden 10 ausgehenden Wärmestrahlen an die flüssigkeitsberührten
Schachtwände zurückzuwerfen.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 2 ist in dem mit den Fallrohren
3 verbundenen Schacht 2 des Gefäßes I ein engerer, hohlringförmiger Hilfsschacht
I3 derart angeordnet, daß zwischen der Außenwand 14 des Hilfsschachtes und der Innenwand
15 des Schachtes 2 ein ringförmiger Zwischenraum I6 verbleibt. Die Innenwand I7
des Hilfsschachtes ist wieder schwach kegelförmig, sich nach oben verjüngend, gestaltet,
derart, daß die Außenwand der Verbrennungskammer 7 sich dieser Innenwand 17 des
Hilfsschachtes anschmiegen kann. Der Hohlraum des Hilfsschachtes steht in seinem
unteren und in seinem oberen Teil durch Leitungen I8 und 19 mit dem Hohlraum des
Gefäßes I in ständiger Verbindung, so daß die Flüssigkeit auch diesen Hilfsschachthohlraum
ausfüllen und durchströmen kann.
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Die bei der Verbrennung der Brennstoffprobe 12 entstehenden, die
Brennkammer oben verlassenden Brenngase ziehen durch den oberen Teil des Hilfsschachtes
13 ab, treten dann in den Schacht 2 und von dort in die Fallrohre 3 über und gelangen
über den Ringraum 4 und dessen Öffnung 5 ins Freie Auch hierbei wird die Außenwand
der Brennkammer 7 infolge ihrer unmittelbaren Berührung mit der flüssigkeitsbespülten
Innenwand 17 des Hilfsschachtes I3 wirksam gekühlt.
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Bei der Ausführungsform nach den Abb. 3 bis 5 ist ein Hilfsschacht
I3 ähnlicher Art wie in Abb. 2 vorgesehen; dieser Schacht ist jedoch längs einer
Mantellinie aufgeschnitten und weist demzufolge einen über seine ganze Länge durchgehenden
Spalt 20 auf. Infolge dieses Spaltes ist der Hilfsschacht in radialer Richtung federnd
nachgiebig, so daß er sich an die Außenwand der in ihn eingeführten Brennkammer
besonders innig anschmiegen kann. Die Brennkammer besteht bei diesem Beispiel aus
einem äußeren Gefäß 22, dessen Seitenwand sich an die kegelige Innenwand des Hilfsschachtes
I3 anlegt, und aus einem die Brennstoffprobe I2 aufnehmenden inneren Gefäß 23 mit
durchbrochenen Wandungen, welches in das äußere Gefäß derart eingesetzt ist, daß
zwischen beiden Gefäßen überall ein Zwischenraum zum Abzug der Brenngase vorhanden
ist. Das Sauerstoffzuleitungsrohr 8 ist durch den Spalt 20 des Hilfsschachtes I3
nach oben geführt, während seine Mündung so nach unten gerichtet ist, daß der ausströmende
Sauerstoff von oben her auf die Brennstoffprobe 12 auftrifft. Das äußere Gefäß 22
ist zum Zwecke der bequemen Einführung der Brennkammer in den Hilfsschacht mit einer
am Boden 10 befestigten, nach unten gerichteten Haltestange 24 versehen. An den
Hauptschacht 2 sind hierbei keine Fallrohre angeschlossen. Die von der Brennkammer
22 kommenden Brenngase gelangen durch den Hilfsschacht 13 in den oberen Teil des
Schachtes 2 und strömen dann durch den Ringraum I6 nach unten, um schließlich ins
Freie auszutreten.
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Die Abb. 6 und 7 zeigen ebenfalls eine einen Hilfsschacht aufweisende
Ausführungsform.
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Hierbei ist jedoch zum Unterschied von den Beispielen nach den Abb.
2 und 3 der mit seiner Innenfläche die Brennkammer 7 berührende Hilfsschacht 30
nicht als Hohlkörper, sondern nur als einwandiger Mantel ausgeführt. Dieser Mantel
ist durch eine Vielzahl von Stegen oder Rippen 3I mit der Wand des Schachtes 2 wärmeleitend
verbunden. Infolge dieser gut wärmeleitenden Verbindung mit der flüssigkeitsbespülten
Wand des Schachtes 2 ist die Wand des Hilfsschachtes 30 in der Lage, Wärme aus der
ihr anliegenden Brennkammerwand abzuführen. Die Zwischenräume zwischen den wärmeleitenden
Stegen 3I dienen zur Durchleitung der von der Brennkammer 7 herkommendlen Verbrennungsgase;
die Stege nehmen Wärme aus diesen Gasen auf und leiten sie an die flüssigkeitsbespülte
Schachtwand weiter.
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Infolge der beim Erfindungsgegenstand erreichten starken Wärmeabfuhr
aus der Brennkammerwand weist die letztere eine ausreichende Haltbarkeit auch dann
auf, wenn sie nicht aus hochwertigen, hoch feuerfesten, entsprechend teueren, oft
schwierig zu verarbeitenden und häufig schwer beschaffbaren Werkstoffen (AIetalle
oder keramische Stoffe mit besonders hohem Schmelzpunkt), sondern aus einem mäßig
feuerfesten Werkstoff, z. B. aus AIetall mit mittelhohem Schmelzpunkt und guter
Korrosionsbeständigkeit, besteht. Beispielsweise hat sich bei Versuchen gezeigt.
daß Nickel sehr gut verwendbar ist. In Betracht kommen weiterhin Nicl;el - Rupfer-Legierungen,
z.B.Monelmetall,Nickel-Chrom-Legierungen und korrosionsbeständige Legierungen des
Eisens mit Chrom, Wolfram, Nickel u. dgl.