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Wassererhitzer aus einem doppelwandigen, eine zentrale Erhitzungskammer
begrenzenden Rohrkörper
| Die Erfindung bezieht sich auf Wassererhitzer, |
| wobei eines der Hauptziele der Erfindung in der |
| '#,cliaffu:n.g eines Wassererhitzers von besonders |
| gedrängter Baliform und hohem Wirkungsgrad |
| liegt, der sich besonders zur Verwendung lie@i be- |
| schränktein Raum eignet. |
| Ein weiteres Zieil der Erfindung ist die Verbesse- |
| rung der Wärmewbertra@gung, um einen höheren |
| Wirkungsgrad in der Ausnutzung der verfügbaren |
| Wärmecinheiten zu erreichen., so d:aß ein größeres |
| Bre-imstoffvolumen der Verbrennung zu@g,-führt |
| werden kann, als es in anderen Wa;ssemerhiitzerii |
| gleicher Größe m-5g |
| lieh Ist. |
| Der im nachfolgenden beschriebene Wasser- |
| ei-liitzer ist in. ersterLinie gedacht für dieLieferung |
| von Warmwasser für die Warmwasserlieizandage |
| von Omnibussen, von Eisenbahnwaggons und als |
| Hilfswassererhitzer für Diesellokomotiven, für |
| Kraftwagenparkplätze und andere Anlagen, für die |
| ges. von besonderer Bedeutung ist, daß dais Gerät so |
| klein als möglich gehalten. wird und das: trotzdem |
| eine ausreichende Erzeugung von Warmwasser er- |
| mögLicht. Die Merkmale der Erfindung können. in |
| dein Fällen, in denen Raumers.pa.rnis nicht besonders |
| wichtig i,st, auch auf größere Einheiten Anwendung |
| finden. |
| Der Wasseirerhitzer enthält eine zyliind.risch e |
| Innenkammer und eine zyli,ndrisclie @u:ße@nha,mm@-"r. |
| Die innere Kammer oder der Wasiser.mantel ist |
| konzentrisch zur Außenkammer angeordnet, so daß |
ein ringförmigerRaum gebildet wird, der zumRauchfang führt. Ein
Breriner ist an einem Ende desInnenmanteals so angeordnet, diaß eine Flamme in die
durch dien Mantel begrenzte Heizkammer gerichtet wird, wobei die heißen Gase, wie
bereits erwähnt, durch den. konzentrischen Raum zwäischen dem inneren und denn äußeren
Wasisermantel abgeleitet werden,. Gemäß der Erfindung ist an dem inneren Rohrkörper
gleichachsig zu seiner Innenwand eine Anzahl von wärmeleitenden Ringen vorgesehen,
die metallisch mit der Innenwand des Rohrkörpers verbunden. sind und sich in Achsrichtung
voneinander in Abstand befinden. Die Ringe arbeiten mit ähnlich ausgebildeten und
mit der Außenwand der inneren Wasserkammer metaltiisch verbundenen, Ringen zusammen,
wobea die letzteren sich in den ringfÖrmigeav Raum zwischen dem inneren und dem
äußeren Wasseirmantel arstrecken. Jeder dieser Ringe ist mit einer Anzahl von übler
den Umfang verteilten Zähnen versehen., die seich vom: der Ebene der Oberfläche,
an welcher der Ring befestigt isst, nach außen erstrecken, wobei die radiaile Tiefe
der Zähm jedes Ringeis, mindestens 4 ,eich dem größeren Teiil der radialen. Breite
des Ringes Ist die vom Brennraum zum Rauchfang strömenden heißen Gase also bezwungen
eiind, nm wesentlichen schraubenförm;ig gewundenen Bahnen zwischen. den Zähmen zu
folgen. Der äußere zylin:drieche Mantel dient zum Vorwäirmen für das Wasser und
eist mit der Zwfuhrleitung des inneren Manteils verbunden.
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Fig. i zeigt einen Seitenriß eines Wassererhitzers gemäß der Erfindung
zur Verwendung in den Fällen, in denen der Raumbedarf eine ausschlaggebende Rolle
spielt; Fig. 2 ist eine Ansicht des in Fig. i gezeigten Wassererhitzers von links;
Fig. 3 ist eine Ansicht des in Fig. i gezeigten Wassererhitzers von rechts; Fig.4
zeigt einen Längsschnitt durch den Wassererhitzer, wobei ein Gebläse für die Zufuhr
von Verbrennungsluft in den Feuerraum vorgesehen ist und andere Teile der Anlage
in Ansicht dargestellt sind; Fig. 5 zeigt einen Querschnitt nach der Linie 5-5 der
Fig. 4.
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Zu den Hauptteilen der abgebildeten Anlage gehören der eigentliche
Wassererhitzer oder Boiler io, ein Ölbrenner 12, ein Elektromotor 14, ein Gebläse
15, eine Brennstoffpumpe 16, ein Luftdrosselregler 13 und einMagnetzünder oder anderer
Zündstromerzeuger 17. Weitere Hauptteile, beispielsweise die Schalttafeln i i und
i 111, der Zugregler 8 und die Thermostaten 9 und g11 zur Regelung des Brenners,
sind in den Zeichnungen dargestellt, je-
doch nicht beschrieben; da sie für
das Verständnis der Erfindung nicht von .wesentlicher Bedeutung sind.
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Der Elektromotor r4 ist auf einer Seite mit dem Magnetzünder 17 gekuppelt,
an der anderen Seite mit dem Gebläse 15 und der Brennstoffpumpe 16. Der Elektromotor
treibt unter der Steuerung der Thermostaten 9 und 9o- die Brennstoffpumpe und das
Gebläse sowie den Magnetzünder an und kann durch verschiedene Schalter und andere
Regelvorrichtungen auf deri Schalttafeln i i, I i11 bedient werden.
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Der Wassererhitzer oder Boiler io hat einen zylindrischen Außenmantel
2o, in welchem konzentrisch dazu ein zylindrischer Innenmantel 21 angeordnet ist,
welcher zusammen mit dem Außenmantel 2o eine Wasservorwärmekammer 22 von ringförmigem
Querschnitt bildet, wie in Fig. 5 ersichtlich. Diese Vorwärmekammer wird im nachstehenden
auch als äußerer Wassermantel 2-- bezeichnet und die Elemente, aus denen er besteht,
entsprechend als äußere Wassermantelgruppe. Die Endplatten 23. und 24 und die tellerförmig
ausgebildete Kopfplatte o-5, die mit den Mänteln verschweißt sind, dienen zum völligen
Abschluß des äußeren Wassermantels bzw. der Vorwärmekammer 2e; so daß. diese.wasserdicht
abgeschlossen ist mit Ausnahme der Zufuhr- und Ableitungsanschlüsse.
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Innerhalb des Innenmantels 21 und konzentrisch zu diesem ist die Wassererhitzungshauptkammer
3o, nachstehend als der innere Wassermantel bezeichnet, angeordnet. Sie ist ringförmig,
wie in Fig. 5 ersichtlich, und besteht aus dem Innenrohr 32 und dem Außenrohr
33, die konzentrisch zueinander angeordnet und mit entsprechend gebogenen Flanschen
versehen sind, die bei 34 und 35, wie in Fig. 4 gezeigt, verschweißt sind. Ein Wassereinlaßstutzen
38 und ein Wasserauslaßstutzen 39 sind, wie Fig. 4 zeigt, an das linke Ende des
aus den Rohren 32 und 33 bestehenden inneren Wassermantels angeschweißt. Diese Rohrverbendungsstücke
38 und 39 treten in den inneren Wassermantel 30 durch rohrförmige Hülsen 4o und
41 ein, die mit der Endplatte 23 bzw. 25 des äußeren Wassermantels bzw. der Heizkammer
verschweißt sind. Die Rohrverbindungsstücke 38 und 39 sind mit Flanschen 42 und
43 versehen, die gegen die inneren Enden dieser Hülsen anliegen.
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Wasser von einer nicht gezeigten Speisepumpe oder einer anderen Zufuhrduelle
tritt in den äußeren Wassermantel oder die Vorwärmkammer 22 durch eine in der linken
unteren Ecke der Fig. 4 gezeigte Einlaßleitung 45 ein, welche mit der Kaltwasserzufuhr
durch eine Rohrleitung 46 (Feg. i und 2) in Verbindung steht. Das vorgewärmte Wasser
wird aus der Kammer 22 durch die Auslaßleitung 47 (Feg. 4) abgeführt und gelangt
über eine Leitung 48 zum Rohrverbindungsstück 38 in die Wassererhitzungshauptkammer
oder den inneren Wassermantel 3-0, aus welchem es durch das Rohrverbindungsstück
39 austritt und zur Verbrauchsstelle geleitet wird. Wenn die Vorrichtung als Teil
einer Raumheizanlage verwendet wird, kann das Wasser aus den Heizkörpern zur Einlaßleitung
q!5 zurückgeführt -werden. Wenn sie jedoch nur zur Warmwasserversorgung verwendet
wird, ist die Einlaßleitung45 je nachLage des Falles mit einer Gebrauchswasserleitung
oder mit einem Wasserbehälter verbunden.
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Eine Anzahl Ringe 5o aus wärmeleitendem Werkstoff, im allgemeinen
aus Stahl; beim Ausführungsbeispiel
sind es 14 Ringe, sind an ihrem
Umfang mit der Innenfläche des Rohres 32 mit Ununterbrochener Schweißnaht verschweißt.
Eine gleiche Anzahl von ähnlichen wärmeleitenden Ringen 5i, jedoch von. größerem
Durchmesser, ist in gleicher Weise mit der Außenfläche des Rohres 33 verschweißt.
Die Ringe oder Rippen So weisen eine ununterbrochene Reihe von sich nach innen erstreckenden
in Umfangsrichtung in Abstand voneinander angeordneten Zähnen 50a auf, und die Ringe
5 i sind in ähnlicher Weise mit einer ununterbrochenen Reihe von sich nach außen
erstreckenden in Umfangsrichtung in Abstand voneinander befindlichen Zähnen 5ia
ausgebildet. Die Zahnlücken zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen sind vorzugsweise
in beiden Fällen eben so breit wie die Zähne. Die relative Breite der Zähne und
der Zahnlücken ist jedoch nicht sehr kritisch. Vorzugsweise ist die radiale Tiefe
der Zähne mindestens größer als die Hälfte der radialen Breite des Ringes und beträgt
im allgemeinen mindestens zwei Drittel der radialen Breite. Mit anderen «Torten,
je größer die radiale Tiefe der Zähne, desto besser; auf jeden Fall sollte sie jedoch
einen wesentlichen Anteil der Breite des Ringes betragen. Es ist wünschenswert,
daß die Ringe in Achsrichtung des Wassererhitzers wechselweise so angeordnet sind,
daß jeweils die Zähne eines Ringes sich mindestens annähernd mit den Lücken. des
darauffolgenden Ringes überdecken. Dies ist in Fig. 4 hinreichend dargestellt, aus
welcher ersichtlich ist, daß die Schnittebene radial durch die Zähne jedes zweiten
Ringes gelegt ist, während sie, was die anderen Ringe betrifft, radial durch die
Zahnlücke gelegt ist. Der Hauptzweck der Ringe So und 51 besteht natürlich darin,
die Wärmeübertragung für Kammer 30 zu erhöhen. Sie erfüllen diese Aufgabe
nicht nur dadurch, daß sie die den heißen Gasen ausgesetzte Oberfläche vergrößern,
sondern auch dadurch, daß sie eine gewisse Verwirbelung derselben hervorrufen, wobei
die Erfahrung zeigt, daß dadurch die Wärmeübertragung wesentlich stärker erhöht
wird als es mit unv erzahnten Ringen oder mit verzahnten. aber nicht gegeneinander
versetzen Ringen möglich wäre.
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Der Brenner 12 enthält eine Zerstäuberdüse 55, die in axialer Richtung
des Erhitzers angeordnet und durch eine Kopfplatte 56 gelagert ist, die einen Abschluß
für .das rechte Ende des Erhitzers bildet, wie in Fig.4 ersichtlich. Vor der Zerstäuberdüse
55 angeordnet und an dieser befestigt sind zwei Elektroden 57, die an den Magnetzünder
17 angeschlossen sind und zur Entzündung des aus der Zerstäuberdüse austretenden,
fein zerstäubten Brennstoffes dienen.
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Ein Stabilisierungskegel 58 ist unmittelbar vor der Zerstäuberdüse
und den Elektroden angeordnet und mit der Platte 59 verschraubt, welche ihrerseits
mit einem Rohrkörper 6o aus Blech verschweißt ist, der den Feuerraum 61 umgibt und
begrenzt. Dieser Raum geht nach vorn in einen kegelstumpfförmigen Blechkörper 62
über, der im nachstehenden als Flammenablenkkegel bezeichnet wird. Den Rohrkörper
6o umgibt ein weiterer rohrförmiger Körper 63 aus Blech, der als Luftumlenkblech
und Wärmestrahlungsschild bezeichnet wird. Dieses letztere ist an der Kopfplatte
56 mittels einer Anzahl Bolzen 64 gelagert und durch Abstandsstücke 65 zentriert.
Das den Rohrkörper 6o, die Platte 59 und den Stabilisierungskegel 58 enthaltende
Aggregat ist an seinem linken Ende (in. Fig. 4,) durch drei Halterungen 65 gelagert,
die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt und mit dem Körper 6o verschweißt sind
und ihrerseits wieder an einer ringförmigen Platte oder einem Ring 66 mittels Bolzen
67 befestigt sind. Die Platte oder der Ring 66 ist lösbar an dem Ring 24 mittels
Stiftschrauben 70 und Muttern. 71 befestigt. Letztere dienen auch zum Festspannen
einer Dichtung 7a und eines Flansches 73, der mit einem rohrförmigen Mantel 74 von.
gleichem Durchmesser wie der Außenmantel2o verschweißt ist. Wie ersichtlich, ist
das rechte Ende des Mantels 7.4 (Fig. 4) mit einem sich nach außen erstreckenden
Flansch ver= sehen, der dem gegenüberliegenden Rand der Kopfplatte 56 entspricht,
wobei Kopfplatte und Mantel durch ein Spannband 75, dessen Enden durch einen Spannbolzen
76, wie in Fig. i gezeigt, zusammengezogen sind, lösbar miteinander gekuppelt sind.
Das Wärmestrahlungsschild 63 ist an seinem linken Ende nicht festgelegt, so .daß
nach dein Abnehmen des Spannbandes 75 die Kopfplatte 56 zusammen mit der Zerstäuberdüse
55, den Elektroden 57 und dem Wärmestrahlungsschild 63 aus dem Wassererhitzer als
Baugruppe ausgebaut werden kann, worauf die Teile 58 bis einschließlich 62 nach
Entfernen der Muttern von denBolzen 67 ausgebaut werden können.
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Ein Leitkanal 8o verbindet das Gebläse 15 mit der Kammer 81 durch
eine entsprechende Öffnung im Außenmantel 74, wobei der Leitkanal so gerichtet ist,
daß der eintretende Luftstrom tangential auf das Luftumlenkblech 63 auftrifft (s.
Fig. 5) und, eine Wirbelbewegung erzeugend, um das Umlenkblech herumgeführt wird.
Ein Teil der umlaufenden Luft gelangt durch die Öffnungen 58 a des Stabilisierungskegels
58 in, den Feuerraum 61, während ein anderer Teil in den Feuerraum durch eine ringförmige,
schlitzähnliche Öffnung 82 zwischen dem Stabilisierungskegel 58 und der Platte 59
eintritt und ein weiterer Teil seinen Weg in Längsrichtung des ringförmigen Kanals
83 nach links nimmt, wie in Fig.4 gezeigt, und durch schlitzförmige in Form eines
Ringes angeordnete Öffnungen 84 in den Feuerraum 61 gelangt. Aus dem Vorstehenden
ergibt sich, daß die heißen Verbrennungsgase im Feuerraum 61 eine Wirbelbewegung
von hoher Geschwindigkeit ausführen und diese Wirbelbewegung mit der gleichen Geschwindigkeit
beim Austritt der Verbrennungsgase aus der Öffnung im Flammenablenkkegel 62 und
ihrem Eintritt in die Kammer 85 forgesetzt wird.
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Die in Wirbelbewegung befindlichen heißen Gase in der Kammer 85 bewegen
sich vorwärts, d. h. in Fig. 4 nach links, wobei sie gleichzeitig durch die sich
aus der Wirbelbewegung ergebende Fliehkraft
von der Längsachse der
Kammer 85 gesehen in Richtung nach außen gedrückt werden. Auf diese Weise werden
die heißen Gase in Bewegung und in inniger Berührung mit der Innenfläche des inneren
Rohres 32 und mit den Ringen So und deren Zähnen 5oa gehalten. Offensichtlich würden
sich, wenn die Ringe 5o, wie oben beschrieben, nicht mit Zähnen versehen wären,
zwischen benachbarten Ringen Taschen mit kühlem Gas bilden, die in hohem Maß wärmestauend
wirken und die heißen Gase daran hindern würden, in voll wirksame Berührung mit
den wärmeaufnehmenden. Flächen zu kommen. Die vorgesehenen Zahnlücken verhindern
oder verringern zumindest die Bildung solcher Wärmestauungen, während gleichzeitig
die versetzte Anordnung der Zähne bei zwei aufeinanderfolgenden Ringen ein ausreichendes
Hindernis für die Vorwärtsbewegung der heißen Gase bildet, so daß eine wirksame
Wärmeabgabe der Gase erfolgen kann, ohne dgß' diese in ernstlichem Maße zur Beruhigung
kommen können. Außerdem gewährleistet die Turbulenz der Flamme eine vollständige
Verbrennung des gasförmigen Brennstoffs.
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Die Verbrennungsgase bewegen sich längs der gesamten Länge der Kammer
85, wie in Fig. 4 gezeigt, und treten dann in das linke Ende des ringförmigen Kanals
86 ein und bewegen sich in diesem in entgegengesetzter Richtung zu einem Abzug'-kanal
87 (Fig. 2 und 4) in der Nähe des rechten Endes dieses Kanals.
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Die teilweise abgekühlten gasförmigen Verbrennungsprodukte, welche
den Kanal 86 durchströmen, geben einen Teil ihrer Restwärme an das Wasser
im inneren Wassermantel 3o und einen weiteren Teil an das kalte Wasser im äußeren
Wassermantel oder der Vorwärmekammer 22 ab und gelangen dann schließlich zumAbzugskanal
87, nachdem ihre Temperatur auf einen niedrigen Wert abgesunken ist. Auf diese Weise
geht sehr wenig Wärme verloren. Selbstverständlich haben die versetzten Zahnlücken
der Ringe 51 in hohem Maße die gleiche Wirkung wie die in gleicher Weise angeordneten
Lücken zwischen den Zähnen der Ringe 5o.
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Der innere Wassermantel oder die Haupterhitzungskammer 30 enthält
nur eine kleine Menge Wasser und dies ermöglicht zusammen mit der großen Wärmeübertragungsfläche,
die durch. die Ringe 5o und 5 1 gebildet wird, in Verbindung mit den der
Wärmeübertragung ausgesetzten Flächen des Innenrohres 3,2 und des Außenrohres 33,
Wasser zu vom Boiler entfernt liegenden Stellen zu befördern, beispielsweise zu
Heizkörpern einer Heizanlage für Eisenbahnwagen oder um Zusatzwärme für die Motoren
von Diesellokomotiven und/oder für Omnibusmotoren bei auf Parkplätzen abgestellten
Fahrzeugen zu liefern. Durch die beschriebene Anordnung der wärmeaufnehmenden Ringe
und ihrer Zähne wird eine starke Verwirbelung in der Heizkammer 85 erreicht; dies
zusammen mit den weiteren baulichen Maßnahmen, durch welche der größere Teil der
Restwärme von dem Wasser irrt äußeren Wassermantel22 aufgenommen wird, ermöglicht
einen sehr hohen Wirkungsgrad in der Brennstoffausnutzung.
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Die in umlaufender Bewegung befindlichen Verbrennungsgase erzeugen
eine Turbulenz nicht nur in der Heizkammer 85, sondern auch im Kanal 86; hierauf
ist in hohem Maße der gute Wirkungsgrad zurückzuführen, mit welchem die Wärme auf
das Wasser sowohl im inneren als auch im äußeren Wassermantel übertragen wird.
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Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Wasser
im äußeren Wassermantel als Wärmeisolierung wirkt, so daß es nicht erforderlich
ist, die Außenseite des Boilers zu ummanteln. Das vorgewärmte Wasser ist niemals
so heiß, daß es zu übermäßigen Wärmeverlusten durch Wärmeleitung oder Strahlung
über den äußeren Mantel 2o Anlaß geben könnte. In ähnlicher Weise dient das Wasser
in der Kammer 87 am linken Ende des Boilers (Fig.4), welche einen Teil des äußeren
Wassermantels bildet, ebenfalls als Isolierung, so daß eine Ummantelung dieses Endes
des Boilers nicht erforderlich ist.
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Ein weiteres Merkmal derErfindung, das zu dem hohen Wirkungsgrad des
beschriebenen Erhitzers beiträgt, besteht darin, daß der Haupt- oder innere Wassermantel
aus den. Rohrkörpern, 3:2 und 33 mit den Ringen 5o und 51 an seinem rechten
Ende in einem Ring 9o aus Schamotte oder einem anderen. geeigneten. Werkstoff gelagert
ist, der seinerseits durch einen kegelstumpfförmigen mit der Platte 66 verschweißten
Flansch 9i getragen wird. Der Ring 9o dient dabei nicht nur zur zweckmäßigen Lagerung,
sondern auch zur Verminderung von Verlusten durch Wärmeableitung von dem sehr heißen
inneren Wassermantel.
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Falls ausreichender Raum zur Verfügung steht, ist es ratsam, den Boiler,
wie abgebildet, in waagerechter Lage anzuordnen. Er kann jedoch mit gleichem Erfolg
stehend angeordnet werden, wenn beschränkteRaumverhältnisse dies erfordern. BeiAnordnung
des Boilers in waagerechter Lage kann angesammeltes Kondensat an den Wänden des
Kanals 86 bei außer Betrieb befindlichem Boiler durch den Auslaß 92 nach Entfernung
des Stopfens 92a abgelassen werden. Wenn der Boiler in senkrechter Lage angeordnet
ist, wobei das linke Ende in Fig. 4 als Boden des Boilers dient, läuft das Kondensat
in den Raum 93 ab und kann durch den zentralen Auslaß 94 abgelassen werden.
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Um eine übermäßige Abkühlung der Heizkammer zu verhindern, wenn die
Feuerung kurzzeitig abgeschaltet wird, ist der Lufteintrittskanal 95 mit einer normalerweise
geschlossenen Drossel 96 versehen. Die Drossel ist auf einer Welle 97 gelagert,
die aus dem Lufteintrittskanal95 herausragt und mit einem geschlitzen Betätigungshebe198
versehen ist. Der in dem Zylinder ioo bewegliche Kolben 99 ist mit einem Schaft
ioi versehen, dessen oberes Ende io2 abgewinkelt ist und sich in den Schlitz des
Drosselbetätigungshebels 98 erstreckt. Eine Rohrleitung io3 verbindet den Zylinder
ioo mit der Ölpumpe 16, so daß bei Zuführung von Drucköl zur Zerstäuberdüse dieses
über die Rohrlrituiig
toi auch auf den Kolben 99 wirkt, so daß
der letztere nach oben bewegt und damit die Drossel 96 geöffnet wird. Wenn
sich die Brennstoffpumpe außer Betrieb befindet, bringt eine Schraubenfeder io4
den Kolben 99 in seine untere Stellung (Fig. i) zurück, wodurch die Drossel 96 in
eine Lage gebracht wird, in welcher der Lufteintrittskanal 95 im wesentlichen geschlossen
ist. Der Zvlinder kann an dem Lufteintrittskanal 95 durch cine Halterung tos befestigt
werden.
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Wenn auch nur eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben
worden ist. so können jedoch innerhalb des Rahmens der Erfindung zahlreiche Abänderungen
getroffen «-erden und obwohl sich die Erfindung besonders gut zur Anwendung für
kleine Wassererhitzer vors sehr gedrängter Bauart, wie der im vorangehenden beschriebenen,
eignet, ist sie nicht weniger vorteilhaft auch für größere Einheiten anwendbar.
Die Erfindung soll daher hinsichtlich der besonderen konstruktiven Einzelheiten
oder der Größe der Anlage keinen Beschränkungen unterworfen sein, sondern nur durch
die in den nachfolgenden Ansprüchen ausdrücklich als solche bezeichneten.