LIII. Ueber die physikalischen Eigenschaften und die Heißkraft des Petroleums und der Mineralöle; von H. Sainte-Claire Deville. (Zweite Abhandlung.) Aus den Comptes rendus, t. LXVIII p. 349; Februar 1869. Deville, über die Heizkraft des Petroleums und der Mineralöle und deren Anwendung zur Locomotiven-Heizung. In der früher erschienenen AbhandlungPolytechn. Journal Bd. CLXXXIX S. 50. theilte ich die ersten Ergebnisse der in Auftrag und aus Kosten des Kaisers Napoleon von mir ausgeführten theoretischen und praktischen Untersuchungen über das Petroleum mit, und schließe nun diese Mittheilungen im Nachstehenden mit einer gedrängten Auseinandersetzung der von mir abgeführten Versuche zur ökonomischen und gefahrlosen Verbrennung der dick- und zähflüssigen Petroleumsorten und Mineralöle, welche als Brennmaterial die besten sind. I. Verbrennung des Petroleums und der Mineralöle in den Herden von Locomotiven. Die Verwendung von Petroleum und Mineralölen als Heizmaterial in aus Ziegelsteinen construirten Herden ist eine Aufgabe, deren Lösung mit Hülfe der Apparate gelungen ist, welche ich in meiner ersten Abhandlung besprach und die Paul Audouin kürzlich in den Annales de Chimie et de Physique nach beigegebenen Abbildungen beschrieben hatPolytechn. Journal Bd. CXCI S. 28; erstes Januarheft 1869. Das Verfahren besteht darin, das Oel in dünnen, durch Hähne zu regulirenden Strahlen auf eine aus Ziegelsteinen gemauerte Herdsohle fallen zu lassen. Diese letztere liegt hinter einer mit Löchern versehenen Platte aus gebranntem Thone; durch die Löcher dringt die zur Verbrennung erforderliche Luft zu. Die einzige wichtige Veränderung, welche ich an dem Apparate angebracht habe, besteht in der Anwendung eines einfachen gußeisernen Rostes von gewöhnlicher Form, aber größerer Dicke, anstatt der Thonplatte; ein solcher Rost verleiht dem Apparate größere Festigkeit, und gewährt auch vielleicht größere Bequemlichkeit, ohne daß das Princip geändert wird, auf welches Audouin sich bei der Construction seiner Apparate stützte. Einen solchen Rost haben Dupuy de Lôme und ich, mit Beihülfe des Hrn. Feugère, auf der kaiserlichen Yacht „Puebla“ mit günstigem Erfolge in einem Röhrenkessel angewandt, welcher den für eine Maschine von ungefähr sechzig Pferdekräften erforderlichen Dampf liefern konnte. Diese Versuche, bei denen wir uns auch der Unterstützung der HHrn. Audouin und Battarel zu erfreuen hatten, überzeugten uns, daß das Steinkohlnöl als das am leichtesten zu handhabende und sogar in einer Stadt wie Paris, wo die Steinkohle sehr theuer ist, als das wohlfeilste Brennmaterial betrachtet werden kann. Die von Feugère im Verlaufe dieser Probefahrt aufgenommenen Zahlenresultate, welche ich nachträglich veröffentlichen werde, bestätigen vollkommen die in meinem Laboratorium in der École normale über die Heizkraft dieser Substanzen ausgeführten theoretischen Bestimmungen. Diese Versuche wurden im März und April 1868 ausgeführt. Bald nachher stellte mir Hr. Sauvage, Director der französischen Ostbahnen, eine Locomotive zur Verfügung, welche ich mit den nöthigen Umänderungen des Heizapparates versehen ließ und dann zur. Heizung mit Mineralölen benutzte. Hr. Sauvage unterstützte mich dabei mit seiner großen Erfahrung; er übertrug die ganze Arbeit und die praktische Ausführung meiner Entwürfe einem ausgezeichneten Ingenieur, Hrn. Dieudonné, früheren Zögling der polytechnischen Schule, welchem ich für den vollständigen und raschen Erfolg, der unsere gemeinsamen Bemühungen krönte, zu größtem Danke verpflichtet bin. Die Aufgabe, welche ich zu lösen hatte, um eine Locomotive mit Mineralöl zu heizen, bot Schwierigkeiten ganz anderer Art dar, als die Probleme mit denen ich mich bisher beschäftigt hatte. Um einen vollständigen Erfolg erzielen zu können, mußte nämlich der Verbrennungsapparat einfach seyn, wenig Raum einnehmen und auch mit Ausschluß der Ziegelsteine aus seiner Construction functioniren können. Die Steinsconstruction und namentlich die von mir bei dem Dampfkessel der „Puebla“ angewendeten gemauerten Gewölbe konnten nämlich bei einer Locomotive Gefahren verursachen, in Folge der heftigen Erschütterungen, denen alle Theile der Maschine ausgesetzt sind. Ferner sind die Oelmengen, welche in einer 300 pferdekräftigen Locomotive per Stunde verbrannt werden müssen, im Verhältnisse zu der verfügbaren Fläche so bedeutend, daß die Bedingungen des Versuches sich als absolut verschieden von denen herausstellen, welchen bei den Herden eines Ofens oder selbst eines Dampfkessels entsprochen werden muß. Ich griff diese Aufgabe in nachstehender Weise an. 1) Zunächst experimentirte ich in meinem Laboratorium in der École normale mit einem verticalen Roste, dessen Oeffnungen so berechnet waren, daß hinter demselben eine bestimmte Quantität Mineralöl ohne Rauchbildung und ohne Verbrauch eines merklichen Luftüberschusses verbrennen konnte. Diese letztere Bedingung ist eine wichtige; ich habe, wie man sich erinnern wird, nachgewiesen, daß einer der größten Vortheile der Mineralöle in ökonomischer Beziehung darin besteht, daß man bei gehörig regulirter Verbrennung derselben der ganzen, dem Brennstoffe zugeführten Luftmenge ihren Sauerstoff entziehen kann. 2) Je tiefer in den Herd hinein ein solcher Rost aufgestellt wird, desto mehr wird derselbe der abkühlenden Einwirkung der Luft entzogen, oder, was auf dasselbe hinausläuft, je stärker. (dicker) er ist, ohne über die Herdwände hinauszugehen, desto stärker wird er während der Verbrennung der Mineralöle erhitzt. Läßt man das Oel in eine zwischen den Roststäben ausgesparte tiefe innere Rinne laufen, so kann man durch Versuche die Stärke bestimmen, welche man dem Gußeisen des Rostes geben muß, damit sich das Oel, indem es sich auf der inneren Rostfläche verbreitet, vollständig verflüchtigen kann, ohne daß ein irgend bedeutender Antheil des Brennmateriales in anderem als dampfförmigem Zustande auf die Herdsohle gelangen könnte. Aus diese Weise stellt der Rost eine Reihe von Lampen dar; die Roststäbe bilden die Dochte derselben, indem sie das Oel durch ihre innere Rinne verdampfen. Die Luft, welche durch den zwischen den Stäben befindlichen freien Raum in den Herd einströmt, erzeugt eine sehr lebhafte und sehr kurze Flamme von ungefähr 25 Centimet. Länge. Außerhalb dieser Flamme sind die Verbrennungsproducte unsichtbar; wenn man aber in diesen dunklen Theil einen starken Platindraht einführt, so wird das Metall sofort glühend — ein Beweis, daß die Flamme hier bloß deßhalb unsichtbar ist, weil sie ihres Kohlenstoffes beraubt ist, wie in der äußeren (Oxydations-) Flamme des Löthrohres, mit welchem mein Apparat sich auch vergleichen läßt. 3) Will man die Oelverdampfungsfläche ohne Vergrößerung der äußeren Dimensionen des Rostes beträchtlich vergrößern, so braucht man nur die hintere Wand dieses Rostes nach einem geeigneten Winkel zu neigen. In diesem Falle durchlauft das Oel einen längeren Weg, die in einer gegebenen Zeit verdampfte Menge ist bedeutender und folglich muß der Zug der Esse in einem solchen Verhältniß verstärkt werden, daß die Menge der in den Herd einströmenden Luft zur vollständigen Verbrennung des Brennstoffes hinreicht. Man begreift demnach, daß der zum Heizen einer Locomotive bestimmte Apparat in nichts Weiterem besteht, als in einem Roste, welcher in dem Herde in solcher Weise angebracht ist, daß man die möglich größte Heizfläche erhält. Hierzu genügt es, diesen Rost an der Mündung des Aschenfalles einer Locomotive (oder irgend eines Heizapparates) anzubringen. Man kann folglich die Herdsohle aus Kupfer anfertigen, und zwar so, daß sie innerlich von Wasser bespült wird und einen Theil des Kessels selbst bildet. Für eine ausschließlich zur Heizung mit Mineralöl bestimmte Locomotive ist demnach eine Einrichtung zu empfehlen, bei welcher der Herd und alle anderen Flächen ganz cylindrisch sindIn diesem Falle müßte der Rost kreisförmig hergestellt werden und mehrere Etagen erhalten, welche sämmtlich wie der von mir angewendete rechteckige Rost construirt sind., alle ebenen Theile der Feuerbüchse wegfallen und die Stehbolzen vermieden sind. An seinem oberen Theile ist der Rost mit einer Reihe von Löchern versehen, durch welche das Oel eintreten kann; dasselbe fließt über die vollen Theile dieses Rostes, welcher am unteren Theile auf einer innen und außen vorstehenden gußeisernen Unterlage ruht, um zu verhindern daß das Oel durch die Erschütterungen der Maschine aus dem Herde herausgeschleudert wird oder auf die Sohle fällt. Die Locomotive Nr. 291, welche zu meinen Heizversuchen mit Mineralölen benutzt wurde, erhielt keinen so vollkommenen Apparat. Man mußte nämlich den Rost vor den Aschenfall legen, letzteren mittelst einer Blechplatte verschließen, welche nicht durch das Kesselwasser, sondern durch eine thönerne Fließe geschützt wurde. Außerdem mußte der eiserne Rahmen, auf welchem der Druck am unteren Ende der Feuerbrücke lastet, selbst vor der Wirkung des Feuers mittelst eines aus Ziegelsteinen hergestellten Mantels geschützt werden, welcher innen durch ein Gewölbe aus feuerfestem Thon gestützt wurde. Indessen lehrte die Erfahrung, baß die Hitze des Herdes und die Erschütterungen der Maschine, ungeachtet der mittelmäßigen Qualität dieses Thones und einer Geschwindigkeit der Locomotive von 60 bis 70 Kilometer per Stunde, diesen provisorischen Apparat nur wenig benachtheiligten.Die Umänderung des Locomotive für den Betrieb mit Mineralöl kostete bloß 900 Francs. Die Vertheilung des Oeles auf dem Roste wird durch einen einzigen graduirten Hahn bewerkstelligt. Hr. Brisse, zweiter Director der Eisenbahnwerkstätten in Epernay, hat diesen Hahn durch einen außerordentlich einfachen Apparat ersetzt, dessen Beschreibung hier nicht gegeben werden darf. Der Maschinist kann nämlich mittelst einer im Bereiche seiner Hand angebrachten, an einem getheilten Kopfe sich bewegenden Schraube nach Belieben die Quantitäten Oel zufließen lassen, welche der zu erzeugenden Dampfmenge entsprechen. Der Zug der Esse wird wie bei einer gewöhnlichen, mit Steinkohle geheizten Locomotive durch das Blasrohr erzeugt. Bei richtiger Verwendung der Mineralöle hat man weder Rauch, noch Schlacken zu befürchten. Bei bedeutender Geschwindigkeit der Locomotive ist der durch das Dampfauslassen hervorgebrachte Zug so stark, daß man den Oelverbrauch und somit die Dampferzeugung beliebig steigern kann, ohne Rauchbildung befürchten zu müssen. Die Leitung des Feuers mittelst eines einfachen Hahnes nach dem Ansehen der aus der Esse abziehenden Gase, welche eine sehr schwache gelbliche Färbung zeigen müssen (was anzeigt, daß man keinen Luftüberschuß hat), ist eine so leichte Arbeit, daß man sie dem Locomotivführer neben seinen gewöhnlichen Functionen übertragen kann. Bei Unfällen oder Stößen kann der Oelzuleitungshahn durch einen selbstwirkenden Apparat geschlossen werden, worauf das Feuer im Herde plötzlich erlischt und somit nicht jene Brände veranlassen kann, durch welche öfter so entsetzliches Unglück herbeigeführt wurde. Ich muß noch bemerken, daß die als Brennstoff mit Vortheil verwendbaren Mineral- und Petroleumöle stets schwere und zähflüssige Oele sind, welche sich nur schwierig entflammen lassen. Man probirt sie, indem man sie bis auf 100° C. erhitzt und dann eine gut brennende Pechfackel in die Flüssigkeit taucht, wodurch die Fackel erlöschen muß. Unter Hrn. Dieudonné's Leitung wurden auf der Ostlinie zahlreiche Versuche abgeführt. Im Nachstehenden gebe ich einen kurzen Auszug der von ihm mir zugestellten Tabellen und der sie begleitenden Bemerkungen. Datum. Anzahl der Wagen Mittlere Steigung des Weges, Mittlere Geschwindigkeit. Zurückgelegter Weg. 19. Juli 8 Eben. 60 18 Kilomet. 30. Juli 8 Eben. 60 18 Kilomet. 30. Juli 11 Eben. 60 18 Kilomet. 26. November 4    3,5 Millim. 60 55 Kilomet Oelverbrauch per Kilomet. Gewicht der Wagen. Bemerkungen. 4,70 Kilogr. 50000 Kilogr. Gewöhnliches Wetter. 4,58 Kilogr. 50000 Kilogr. Ebenso. 4,71 Kilogr. 90000 Kilogr. Schönes Wetter. 4,70 Kilogr. 30000 Kilogr Sehr schlechtes Wettcr. Die (erwähnte) Locomotive Nr. 291 ist unser kleines Modell (mit einer einzigen Treibachse; Gesammtgewicht 20,000 Kilogrm; Gewicht auf der Treibachse 8,400 Kilogrm.; Heizfläche 60 Quadratmeter). Bei dem gelungensten Versuche vom 30. Juli (90,000 Kilogrm. Last; 60 Kilomet. Geschwindigkeit) stieg die entwickelte Leistung auf ungefähr 250 Pferdekräfte, entsprechend 4 1/5 Pferdekräften per Quadratmeter Heizfläche. Dieß ist sicherlich ein sehr befriedigendes Resultat. „Das Anzünden des Feuers beansprucht mit dem Blasrohre einer benachbarten Maschine fünf Viertelstunden; soll die Maschine durch den gewöhnlichen Zug ihrer Esse angeheizt werden, so sind dazu dritthalb Stunden erforderlich. Die mit Kohlen geheizten Maschinen erfordern zum Anfeuern dritthalb bis drei Stunden.“ Diese Beobachtungen eines erfahrenen Ingenieurs flößen mir das größte Vertrauen zur Locomotiven-Heizung mit Mineralölen ein, sofern diese Oele auf dem Brennmaterialmarkt auftreten konnen. II. Heizkraft des Petroleums und der Mineralöle. In einem ungefähr 540 Kilogrm. Wasser fassenden Röhrenkessel ließ ich einen gänzlich von Wasser umgebenen Herd aus Ziegelsteinen anbringen, an dessen Vorderseite eine mit Löchern versehene Gußeisenplatte gleichzeitig das Oel und die Luft zuführte. Das Oel verbreitete sich auf der Sohle, verflüchtigte sich und verbrannte in Berührung mit der durch die Löcher einziehenden Luft ohne Rauch. Das Mineralöl befand sich in einem aus Blech angefertigten Mariotte'schen Gefäße, welches mit einem langen, in Millimeter getheilten Glasrohre versehen war. Das Volum des cylindrischen Schnittes, welches im Gefäße jedem Millimeter Höhe. der äußeren Röhre entsprach, hatte ich vorher mit der größten Sorgfalt bestimmt. Die zur Verbrennung erforderliche Luft wurde durch einen von einer kleinen Dampfmaschine getriebenen Ventilator zugeführt und mittelst eines, in der eindringenden Luft entgegengesetzter Richtung eingespritzten feinen Regens mit Feuchtigkeit gesättigt. Die durch ein Thermometer angezeigte Temperatur dieser Luft konnte mittelst zwei Bunsen'scher Brenner, welche das Verbindungsrohr zwischen Herd und Ventilator erhitzten, beliebig erhöht werden. Der schon in einem mehrfachen Mantel eingemauerte Kessel wurde von der umgebenden Luft noch vollständiger durch eine continuirliche Umfassung mit Bleiröhren isolirt, welche das zur Speisung bestimmte kalte Wasser durchlief. Auf diese Weise wurde der Wärmeverlust auf Null herabgedrückt, mit Ausnahme einer einzigen Stelle, wo der sehr geringe Einfluß dieses Verlustes auf experimentellem Wege bestimmt wurde. Die im Inneren des Herdes entwickelte Wärme erzeugte im Locomotivkessel Wasserdampf, welcher mittelst eines Schlangenrohres condensirt wurde. Das condensirte Wasser wurde in graduirte und geschlossene eisenblecherne Behälter geleitet, und aus diesen mittelst (durch die Maschine selbst) comprimirter Luft in die den Kessel umgebende Bleiröhrenleitung getrieben, von welcher aus es ohne Verlust und mit einer bekannten Temperatur in den Kessel zurückkehrte. Man hatte so die im Generator erzeugte Wärme. Es blieb noch die mit dem Rauche oder vielmehr mit den ungefärbten Verbrennungsproducten entweichende Wärme zu bestimmen. Diese Gase wurden in ein horizontales, mit einem doppelten Mantel versehenes Rohr geleitet, traten aus diesem in einen Kasten oder Condensator, dessen Flächen, wie das horizontale Rohr, abgekühlt werden konnten, und entwichen nach zahlreichen Umgängen in diesem Condensator in die Esse, in welcher ein Thermometer angebracht war. Eine aus einem Compteur abfließende bekannte Wassermenge bespülte zwischen zwei Metallblechen alle vom Rauche beleckten Flächen, trat zwischen die beiden Mäntel des horizontalen Rohres und floß endlich nach außen ab. Die Temperatur des Wassers bei seinem Eintritte in den Kühlapparat, sowie bei seinem Austritte aus demselben, wurde mittelst zweier sehr empfindlicher Thermometer gemessen. Die Verbrennungsgase besaßen bei ihrem Entweichen eine Temperatur, welche um 2 bis 3 Grade höher war als die umgebende Temperatur, und die zur Speisung des Herdes dienende Luft wurde in der Weise erhitzt, daß sie genau dieselbe Temperatur wie die Verbrennungsgase bei ihrem Austritte aus dem Apparate besaß. Somit war die durch die umgebende Luft dem Herde zugeführte Wärmemenge der durch die Verbrennungsgase aus dem Apparate abgeführten Wärmemenge vollkommen gleich. In diesen Gasen ist zwar ein Theil des Sauerstoffes durch ein gleiches Volum Kohlensäure ersetzt; da aber die specifische Wärme der beiden Gase bei gleichem Volum dieselbe ist, so wurde dem Apparate durch die Kohlensäure nicht mehr Wärme entzogen, als durch den Sauerstoff zugeführt. Was den Stickstoff und den Wasserdampf anbelangt, so traten dieselben mit derselben Temperatur und in derselben Menge aus, wie sie eintraten. Dieses System besaß den großen Vortheil, daß wenn mehr Luft eingeblasen wurde, als zur Verbrennung erforderlich war (vorausgesetzt daß das Abkühlen der Verbrennungsgase in zweckentsprechender Weise geschah), dieser Luftüberschuß die Genauigkeit des Verfahrens nicht beeinträchtigte. Die zur Bestimmung der Verbrennungswärme erforderlichen Berechnungen sind übrigens ziemlich einfach. Diese Wärmemenge ergibt sich durch die Formel: Textabbildung Bd. 192, S. 211 in welcher bezeichnet: Q die Verbrennungswärme; P das Gewicht des im Generator erzeugten Dampfes; T die Temperatur des Speisewassers; K das Gewicht des den Rauch abkühlenden Wassers; t′ die Temperatur des Wassers bei seinem Eintritte in den Rauch-Abkühler; t die Temperatur dieses Wassers bei seinem Austritte; M das Gewicht des angewendeten Oeles. Nachdem der Apparat in Thätigkeit gesetzt worden, fuhr ich mit dem Heizen fort, bis die Werthe t — t′,P und M absolut constant wurden. Dann bestimmte ich sie während zwei bis etwa drei Stunden, und ermittelte so die Verbrennungswärme mit großer Genauigkeit. Im Allgemeinen ist diese Wärmemenge geringer als sie sich aus der Rechnung nach dem Dulong'schen Gesetze und nach der von Fabre und Silbermann bestimmten Verbrennungswärme des Wasserstoffes und des Kohlenstoffes ergibt, wenn man mit sauerstofffreien Oelen arbeitet. Für sehr sauerstoffreiche Oele, wie Steinkohlenöl, findet man hingegen eine größere Verbrennungswärme als die mit Zugrundlegung des Dulong'schen Gesetzes berechnete. Derartige Oele würden demnach zur Classe der explosiven Körper gehören, welche mehr Wärme enthalten, als die sie constituirenden Elemente im isolirten Zustande besitzen. — Ich muß schließlich der Verwaltung der Pariser Gasgesellschaft für ihre Unterstützung meiner Arbeit, deren Durchführung ohne ihre Hülfe sehr schwierig und kostspielig gewesen wäre, meinen Dank aussprechen; diese Gesellschaft überließ mir zwei Dampfmaschinen, lieferte mir alles zu meinen Versuchen erforderliche Steinkohlenöl, und stellte einen ausgezeichneten Maschinenarbeiter zu meiner Verfügung, und dieß Alles unentgeltlich. Herrn Rolland, dem Generaldirector der Staatsfabriken, verdanke ich den Vortheil, über eine Belleville'sche Maschine zu verfügen welche es mir ermöglicht, die durch das im Vorstehenden beschriebene Verfahren erhaltenen experimentellen Daten mit denen der Praxis vergleichen zu können