LXXVIII. Dampfcalorimeter für Heitzkraftbestimmungen; von Professor Dr. P. Bolley. Aus der schweizerischen polytechnischen Zeitschrift, 1865, Bd. X S. 18. Mit einer Abbildung auf Tab. IV. Bolley, über Dampfcalorimeter für Heitzkraftbestimmungen. Die gebräuchlichen Calorimeter sind von zweierlei Art: Eiscalorimeter und Warmwassercalorimeter. Erstere dienen nur für Bestimmungen der specifischen Wärme, während letztere von den Physikern zur Ermittelung der Quantitäten von Verbrennungswärme gebraucht werden, welche sich aus den in dem Apparate verbrennenden Stoffen entbinden. Es ist einleuchtend, daß für den letzteren Zweck, bei bestimmten Dimensionen des Apparates, d.h. mit einem bestimmten Quantum Wasser, weit größere Effecte gemessen werden können, wenn man die latente Wärme des Dampfes zu Hülfe nimmt, als wenn man nur die Temperaturunterschiede des Wassers vor und nach dem Versuch als Messungsmittel für die erzeugte Wärme wählt. Dieß aus mehrfachen Gründen: 1) weil man beim Warmwassercalorimeter die Temperatur der Flüssigkeit dem Siedepunkt nicht allzunahe bringen darf; 2) weil man auf eine gegebene Menge von Wasser (soviel eben der Apparat faßt), angewiesen ist, während man in Apparaten, die zur Dampferzeugung bestimmt sind, stets beliebige, ihrem Gewicht und ihrer Temperatur nach bekannte Mengen Wassers nachfüllen und zur Messung brauchen kann; 3) weil man jedem Wassertheilchen mindestens 540 Einheiten latenter Wärme zuzuführen und zur Messung zu gebrauchen im Stande ist, die begreiflich beim Warmwassercalorimeter ganz aus dem Spiele fallen. Darum dient dieses auch nur mehr zu Bestimmungen in kleinerem Maaßstab und für wissenschaftliche Zwecke, es ist ein physikalischer Apparat, der für technische Fragen kaum geeignet ist. Wo es sich um Ermittelung der Verbrennungswärme z.B. von Schwefel, reinem Kohlenstoff, Phosphor, einem Gase, Alkohol, kurz von Substanzen von constanter Zusammensetzung handelt, mögen kleinere Quantitäten eher genügen, bei Heizmaterialien aber, die stets ungleichartige Zusammensetzung haben, können nur größere, zweckmäßig auserlesene Mengen befriedigende Durchschnittsresultate liefern. Dampfkessel anderseits, wie sie bei den größeren Untersuchungen von Brix, Hartig u.s.w. gedient haben, setzen nicht nur größere Quantitäten von Brennmaterial und längere Dauer des einzelnen Versuches voraus, sondern erheischen mancherlei Hülfsmittel, die nur mit größerem Aufwand beschafft werden können, ihr Gebrauch involvirt überdieß Fehlerquellen, welche namhaft vermindert werden können, bei einer Construction, die nicht auf anderweitige praktische Verwendungen des Apparates Rücksicht zu nehmen hat, d.h. wenn man den Dampfkessel zu einem eigentlichen Calorimeter macht. Bei größeren Feuerungsanlagen ist bekanntlich in Betracht zu ziehen, ob sie nach der Weite der Rostfugen, der Entfernung des Rostes vom Kesselboden, dem Querschnitt der Züge u.s.w. für lockere starkflammende Brennstoffe – Holz, oder für dichtere – Steinkohlen bestimmt sind, so daß in einer Anlage der einen Art nicht jedes Brennmaterial gleich vortheilhaft verbrannt werden kann, daß also streng genommen, solche Apparate nicht für Vergleichung der Leistungen verschiedener Materialien geeignet sind. Die Menge der dem Mauerwerk zugeführten, in demselben sich anhäufenden und durch Strahlung und Leitung entweichenden Wärme ist, man darf wohl sagen ganz unbestimmbar. Man könnte, überall wo es sich nur um Bestimmung der nutzbaren Wärme handelt, wie es auch in der Regel bei solchen im Großen ausgeführten Versuchen geschieht, diesen Verlust bei vergleichenden Versuchen für einflußlos halten, wenn man annehmen dürfte, es finde ein constantes Verhältniß zwischen der dem Apparate (dem Kessel) und der dem Mauerwerk zugeführten Wärme statt, allein da dem nicht so ist, bringt dieser Umstand große Unsicherheit in die Bestimmung selbst nur des nutzbaren Effectes. Die bei Versuchen mit Calorimetern nöthigen Correcturen beziehen sich: 1) auf die Wärmeabsorption der Masse des Apparates selbst. Es läßt sich diese Correctur leicht ausführen, d.h. ihr Betrag umrechnen in Wasserwerth, wenn das Gewicht und Material, die specifische Wärme und die Temperatur des Wassergefäßes bekannt sind; 2) auf die Wärmeverluste, die durch Abgabe der Wände des Apparates an die Umgebung entstehen. Beide Beträge werden im Warmwassercalorimeter einen größeren aliquoten Theil vom Gesammteffect ausmachen als beim Dampfcalorimeter, weil die Erwärmung der Gefäßwände im Verhältniß zur Temperatur des Inhaltes, nicht in dem zur Wärmemenge, die darin erzeugt wurde, stattfindet, und die Wärmeabgabe der Metallwände des Gefäßes ebenfalls wesentlich von der Temperatur und nicht, oder nur in ganz untergeordnetem Verhältniß von der Wärmequantität oder der Aggregatform des Inhalts abhängt; 3) auf die mit den Rauchgasen abgeführte Wärmemenge. Bei gewöhnlichen Feuerungen müssen die Verbrennungsproducte, seyen sie gas- oder dampfförmig, unvollkommen oder vollkommen verbrannte, sammt dem Stickstoff und dem überschüssig zugeführten Sauerstoff der atmosphärischen Luft mit einer gewissen höheren Temperatur entweichen, wenn der Verbrennungsproceß im Herde lebhaft von statten gehen soll, weil durch deren höhere Temperatur der Luftzug bedingt wird. Die Temperatur der zugeführten Luft, sowie die Temperatur der durch die Esse entströmenden Rauchgase läßt sich an verschiedenen Stellen der Esse oder Züge durch Thermometer mit hinreichender Genauigkeit bestimmen. Die Bestimmung der Menge der zutretenden Luft oder des aus der Esse entströmenden Gas- und Dampfgemenges ist dagegen eine Aufgabe von fast unübersteiglichen Schwierigkeiten. Man bedient sich gewöhnlich des sogenannten Woltmann'schen Flügels oder eines Flügelrädchens, das nach Art des Combes'schen Anemometers gebaut ist. Diese Instrumente bieten aber, wie auch Brix zugibt, der sich ihrer bediente, durchaus keine Sicherheit für die Bestimmung der durchströmenden Luftmengen. Annähernd wenigstens läßt sich dagegen die zugeführte Luftmenge bestimmen, wenn die Zufuhr durch eine Blasevorrichtung bewerkstelligt wird. Ein kleines Cylinder- oder Kastengebläse mit Zählwerk würde unvergleichlich größere Genauigkeit der Messung gestatten als der Woltmann'sche Flügel. Eben so gut zu Messungen der Luftmenge läßt sich eine Gasuhr von entsprechender Größe, die zwischen einen Ventilator und den Calorimeter eingeschaltet wird, benützen. Durch die Luftzufuhr mittelst eines solchen Blaseapparates können aber zwei andere Vortheile erreicht werden: 1) Man hat es mehr in der Hand, langsamer oder schneller und in jedem Falle stets genug Luft zutreten zu lassen, um die Verbrennung vollständiger zu erreichen. Bei dem unten zu beschreibenden Dampfcalorimeter dient ein Ventilator und man kann leicht bemerken, daß bei sehr allmählichem Zulegen frischen Materials auffallend geringere Rauchbildung stattfindet als bei Verbrennung unter anderen gewöhnlichen Zugverhältnissen sonst vorkommt. 2) Man kann die Abzugscanäle für die Rauchgase enger halten und verlängern, und sie mit Wasser umgeben, so daß die Gase auf eine beliebige Temperatur abgekühlt werden können, ohne daß der Verbrennungsproceß darunter leidet. Weil man auf diese Weise die mit den Rauchgasen fortgerissene Wärme größtentheils auf das die Rauchrohre umgebende Wasser überträgt, bringt man mehr Sicherheit in die Bestimmung dieses Wärmeverlustes, und erhält überdieß einen mit dem nutzbaren Effect direct vergleichbaren Ausdruck für die Größe dieses Verlustes, indem man die mit Wasser gefüllte Umhüllung der Rauchröhren gleichsam als einen Warmwassercalorimeter betrachtet und die darin beobachteten Effecte getrennt berechnet. Durch Summirung der beiden Effecte und mit Hülfe der nöthigen Correcturen für die anderen genannten Verlustquellen kann man den Gesammteffect bestimmen. Daß diese letztere Bestimmung aber das eigentliche Ziel solcher Untersuchungen seyn sollte, bedarf keiner Erwähnung. Die obigen Betrachtungen veranlagen die Bemühungen einen Apparat herzustellen, der nicht zu kostbar, nicht zu schwerfällig, leicht zu bedienen und in seinen Leistungen sicher sey. Er sollte theils zu den häufig vorkommenden gutächtlichen Untersuchungen über Heizmaterialien, theils zur Uebung der Prakticanten des technischen Laboratoriums in derartigen Untersuchungen und Berechnungen dienen. Der nachfolgend beschriebene ist nach meinen Angaben und nach Berathung über einzelne Constructionsfragen mit dem Ingenieur der Maschinenfabrik von Gebrüder Sulzer in Winterthur, Herrn Brown, in dieser Fabrik ausgeführt worden. Der Calorimeter selbst, in der beigegebenen Abbildung in 1/10 seiner wirklichen Größe dargestellt, besteht aus fünf Haupttheilen, in dem Verticaldurchschnitt Fig. 1 sichtbar: A dem Verbrennungsraum und B dem stehenden cylindrischen Dampfkessel, welcher mit C, einem Holzmantel, umgeben ist; ferner aus D dem Luftzuführrohr, das an seinem oberen Ende den Rost trägt, und E dem Fuße aus Gußeisen. Es ist an A, dem Verbrennungsraum, seitlich im unteren Theile das Rohr a angebracht für Nachfüllung des Brennmaterials. Dieses ist geschlossen mit der Thüre b, an welche die Doppelwand c angegossen ist, wie es gewöhnlich bei Kesselfeuerungsthüren zur Verminderung allzustarker Strahlung der Wärme nach der Thüre hin der Fall ist; sowohl die Thüre selbst, als die innere Doppelwand haben Oeffnungen, um den Gang der Verbrennung beobachten zu können. Die Oeffnung in der Thüre selbst ist mit einem Glimmerblatt geschlossen. Die Verschlußart der Thüre selbst ist ähnlich der einer Gasretorte. Im oberen Theile des Feuerungsraumes ist d das Rohr für Abzug der Rauchgase angebracht; die äußerliche Verlängerung desselben nach e hin wird unten näher beschrieben werden. Der Verbrennungsraum ist aus Schmiedeeisen, der Hals des Rohres a sowie der des Rauchrohres d sind von Gußeisen. Der Dampfkessel B, in seinem unteren und oberen Theile aus Gußeisen, im cylindrischen Theile aus Eisenblech, umgibt den Feuerungsraum A. f ist das Dampfrohr, an welchem das weitere Rohr g hängt, welches unter das Niveau des Wassers h taucht. Durch den ringförmigen Zwischenraum zwischen f und g entweichen die Dämpfe und verlieren auf diesem Wege etwa mitgerissenes Wasser, das im Rohre g niederfällt. i ist eine mit einem Eisenstopfer verschließbare Oeffnung im Deckel des Kessels zum Einfüllen von Wasser. k ist ein beweglicher Deckel, der durch die Schraube l und den Riegel m festsitzend auf dem Dampfkessel geschlossen werden kann. Der Mantel C ist aus Faßdauben gemacht; zwischen demselben und dem Dampfkessel B ist ein Hohlraum, der mit Werg gefüllt ist, damit Wärmeverlust nach außen möglichst vermieden werde. D ist ein gußeisernes Rohr, das bei n mit der Gebläsevorrichtung durch einen Kautschukschlauch verbunden ist. Es sind angegossen die beiden Teller o und p, deren oberer, p, mit vielen Löchern versehen ist, damit der bei s aus dem Rohre D austretende Wind gegen den Rost q und in den Raum A strömen kann. An dem Rohre D ist ferner angebracht die Pfanne r, die während des Versuches durch das Rohr t mit Wasser gefüllt wird, um luftdichten Verschluß zu haben. D und alle daran befestigten Theile kann in der Führung n auf- und abgeschoben werden, um den Rost und die Teller p und o, sowie die Pfanne r von Asche und Schlacken reinigen zu können. Um diesen Theil des Apparates an seiner Stelle in der Höhe zu halten, sind an dem Fußgestell E horizontale Zapfen v angebracht, über die einerseits die zum Mittragen dienende Röhre t, auf der anderen Seite ein gußeiserner Bügel w durch einige Drehung um die Achse D hingeschoben wird. Nächst dem Dampfcalorimeter ist noch ein wesentlicher zweiter Theil des Apparates, der keiner Abbildung bedarf um veranschaulicht zu werden, namhaft zu machen, nämlich der Rauchcanal sammt der Abkühlvorrichtung für die Rauchgase. An den Ansatz des Rohres d schließt sich ein horizontales Rohr aus Messingblech an, das aber nicht kreisrunden, sondern ovalen Querschnitt hat, damit die Oberfläche im Verhältniß zum Querschnitt vergrößert werde. Dasselbe liegt in einem Zinktrog mit Holzumhüllung, der unten 9 Zoll, oben 12 Zoll weit, 15 Zoll hoch und 6 Fuß lang ist, und während eines Versuches mit Wasser gefüllt wird. Hinter diesem horizontalen Rohr und Abkühlgefäß schließt sich ein zweites ganz ähnliches an, um die Rauchgase möglichst abzukühlen. Aus diesem strömen sie durch ein gewöhnliches Ofenrohr aus. In letzterem ist nahe der Mündung ein Thermometer eingesteckt, um die Temperatur des Gasgemenges bei seinem Austritt zu messen. Ein Schlangenrohr, in einem Kühlfaße liegend, wie es bei Branntweindestillirapparaten gebräuchlich ist, hat sich als eine für den Abzug der Rauchgase unzweckmäßige Form erwiesen, da die Windungen dem Luftstrome zu große Hemmnisse boten, wodurch die Verbrennung erschwert würde. Die Einleitungen zu einem Versuche sind: Füllen des Kessels bis auf die ungefähre Höhe von h und so, daß das Gewicht des eingefüllten Wassers bekannt ist. Es dient dazu ein Meßgefäß aus Blech mit trichterförmigem Boden und Abflußrohr mit Hahn, und engem Halse, in dem ein kleines nach der Seite gerichtetes Abflußröhrchen angebracht ist, durch welches das Wasser, wenn das Gefäß nahe am Uebervollwerden ist, abfließt. Dasselbe ist genau geaicht und dient ebenfalls zum Abziehen des rückständigen Wassers im Dampfkessel, was durch den am Kesselboden, angebrachten Hahn z geschieht. Die Menge des eingefüllten Wassers und seine Temperatur werden notirt. Die Tröge, welche das Abkühlwasser für die Rauchgase enthalten, werden in gleicher Weise gefüllt, und ebenfalls das Gewicht und die Temperatur des Wassers vorgemerkt. Ist die Füllung geschehen, so beginnt das Heizen. Zu diesem Ende wird eine kleine abgewogene Menge von Holzkohlen auf den Rost gebracht und darauf etwas von dem passend zerkleinerten und abgewogenen Brennstoffe, her zur Untersuchung vorliegt, und dessen Feuchtigkeit durch gesonderte Versuche bestimmt ist. Die Thüre b wird geschlossen und nun das Feuer durch Zublasen von Wind durch D angefacht; sobald das eingefüllte Material sich in voller Gluth befindet, wird neues in kleiner Menge zugegeben. Während des Brennens wird die Temperatur des Abkühlwassers in den Trögen, worin das Rauchrohr liegt, beobachtet, und zu diesem Ende die Flüssigkeit häufig umgerührt, damit die Temperatur in den oberen Schichten und in den unteren im Troge sich ausgleiche. Der Stand der Gasuhr zu Anfang des Versuchs ist ebenfalls zu notiren. Man fährt mit Heizen fort, bis das Niveau des Wassers im Kessel von h sich bis etwa einen bis zwei Zoll vom Deckel des Feuerraumes gesenkt hat. Diese Höhendifferenz entspricht etwa 50–60 Pfd. Wasser. Will man den Versuch länger fortsetzen, so füllt man durch i eine abgewogene (gemessene) und ihrer Temperatur nach gekannte Menge Wassers ein und bringt sie mit in Rechnung. Ist der Versuch beendigt, so werden die auf dem Roste rückständigen Kohlen herausgenommen und durch Einsperren in ein Blechgefäß getödtet. Diese werden gewogen und ihr Gewicht von dem Gesammtgewicht des zugegebenen Materials abgezogen. Streng genommen wäre das Brennbare in diesem Rückstande zu bestimmen, da er nicht unverändertes Brennmaterial ist. Die anfänglich zum Anzünden gebrauchten Holzkohlen werden ebenfalls in Abzug gebracht, so zwar, daß man den aus den Daten eines besonderen Versuches ermittelten Heizeffect derselben berechnet und von den Gesammteffect abzieht. Dieser letztere setzt sich zusammen: 1) aus der Wärmemenge, die nöthig ist zur Temperaturerhöhung des Wassers im Kessel auf 100° C. plus derjenigen, die erforderlich ist, um die entstandene Menge Dampf hervorzubringen; 2) aus der Wärmemenge, die nöthig war, um das bekannte Gewicht des Kessels auf 100° C. (falls nicht etwa Dämpfe von etwas höherer Temperatur und Spannung erzeugt wurden) zu erwärmen; 3) aus der Temperaturerhöhung der gemessenen Wassermengen in den beiden Kühltrögen; 4) aus der beim Austritt aus dem Rauchrohr den Gasen noch bleibenden Temperaturerhöhung. Das Volum des zugeblasenen Windes wird von der Gasuhr abgelesen und kann, falls man ein Manometer eingeschaltet und für dessen während des Versuchs stets ungefähr gleichbleibenden Stand gesorgt hatte, in Gewicht umgerechnet und aus der specifischen Wärme der Luft und der beobachteten Temperatur die Wärmemenge berechnet werden, die zu dieser Temperaturerhöhung nöthig war. Man darf den Verlust an Wärme, der durch Strahlung und Leitung von der Außenfläche des Kessels aus sich ergibt, als ganz gering ansehen, denn die Holzbekleidung des Kessels zeigt kaum fühlbare Temperaturerhöhung. Neben den obigen vier Componenten des Gesammteffectes darf dieser ohne merklichen Nachtheil vernachlässigt werden. Bei späterer Mittheilung von Versuchsresultaten wird es Gelegenheit geben, die Art der Berechnung ausführlicher darzulegen.