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Verfahren und Vorrichtung zum Betriebe von Siedekiihlern, insbesondere fiir Vakuumentladungs- gefässe.
Es ist bekannt, zur Kühlung von Vakuumentladungsgefässen und andern Apparaturen sowie von Flüssigkeiten Siedekühler anzuwenden. Um nun zu erreichen, dass die benutzte Kühlflüssigkeit dauernd für eine bestimmte Belastung bei ein und derselben Temperatur siedet, hat man vorgeschlagen, den Kühler zusammen mit dem zugehörigen Kondensor von der Atmosphäre abzuschliessen. Wie die Praxis gezeigt hat, genügt diese Massnahme noch nicht, denn die meisten, praktisch in Betracht kommenden Siedeflüssigkeiten haben die Eigenschaft, erhebliche Mengen von fremden Gasen zu lösen. Während des Siedevorgangs werden dann diese Gase zum Teil frei und bilden im Kondensor ein die Kondensations- fläche verkleinerndes Gaspolster. Die Folge davon ist, dass die Dampfdichte im Kondensor und damit die Temperatur der Siedeflüssigkeit steigen.
Gemäss der Erfindung wird diesem Übelstand dadurch abgeholfen, dass die verwendete Siedeflüssigkeit entgast wird. Dieses Entgasen kann zweckmässigerweise mittels einer besonderen Apparatur vor dem Einfüllen in die Kühlräume geschehen. Zur Vornahme der Entgasung kommen verschiedene Verfahren in Frage.
Zum Beispiel kann man die zu entgasende Flüssigkeit unter vermindertem Druck zum Sieden bringen, dabei entstehen im Innern der Flüssigkeit durch die Bildung von Dampfblasen freie Oberflächen.
An diesen freien Oberflächen entweicht auch das im Innern der Flüssigkeit enthaltene Fremdgas und kann von Zeit zu Zeit aus dem über der siedenden Flüssigkeit befindlichen Dampfraum, z. B. über eine Kühlvorlage, abgesaugt werden.
Ferner kann man die zu entgasende Flüssigkeit über geneigte Flächen im Innern eines evakuierten Gefässes in Form einer dünnen Schicht herablaufen lassen. Die in der Flüssigkeit gelösten Gase treten dann aus der Oberfläche der dünnen Schicht aus und können aus dem Gasraum von Zeit zu Zeit und vorzugsweise iiber eine Kiihlvorlage abgesaugt werden.
Das Entgasen kann auch im Kühlsystem selbst erfolgen, indem der Kondensor des Kühlsystems über eine Kühlvorlage an eine Vakuumpumpe angeschlossen und die zu entgasende Kühlflüssigkeit beispielsweise durch normale Belastung des Apparates, insbesondere des Quecksilberdampfgleichrichters, zum Sieden gebracht wird. Der Grad der Entgasung kann bei diesem Verfahren aus der Gasmenge festgestellt werden, die pro Zeiteinheit durch die am Kondensor angeschlossene Vakuumpumpe abgesaugt wird.
Statt einer Kühlvorlage zwischen der Vakuumpumpe und der zu entgasenden Flüssigkeit kann auch ein Absorptionsgefäss, z. B. mit aktiver Kohle oder Silicagel, zwischengeschaltet werden.
Das Entgasen ausserhalb der eigentlichen Kühlräume in einer besonderen Entgasungsapparatur kann auch durch Zerschleudern oder Verschäumen der Flüssigkeit geschehen. Dieses wird dadurch bewerkstelligt, dass in scharfem Strahl ein in der Flüssigkeit nicht lösbares Gas eingeblasen oder die Flüssigkeit durch ein Zentrifugalrad zerschleudert wird.
Die Entgasung soll zweckmässig so weit getrieben werden, dass nur einige Prozente der Kühlfläche im Kondensor unwirksam werden gegenüber vollkommener Entgasung.
Zweckmässigerweise entgast man nicht nur die Siedeflüssigkeit, sondern auch die Kühlräume eventuell zusammen mit den Kondensationsräumen, bevor die Flüssigkeit eingefüllt wird. Dieses Entgasen der Kühlräume, eventuell zusammen mit den Kondensationsräumen, kann bei einem Vakuumentladungsgefäss, welches bei höheren Temperaturen, z. B. von 300 bis 4000 C, entgast wird, gemeinsam
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mit dem Entgasen des eigentlichen Vakuumgefässes vorgenommen werden. In diese entgasten Räume wird dann die entgaste Kühlflüssigkeit vorzugsweise unter Vakuum eingefüllt.
Handelt es sich um ein Vakuumentladegefäss mit metallenen Wandungen, so empfiehlt es sieh, als Kühlflüssigkeit eine Flüssigkeit zu wählen, welche keine oder nur wenig freie Wasserstoffionen enthält, um zu verhindern, dass Wasserstoffionen bei Erwärmung der Kühlflüssigkeit aus dieser durch die Metallwandungen in das eigentliche Vakuumentladungsgefäss diffundieren und dort eine dauernde Ver- schlechterung des Vakuums zur Folge haben ; je nach dem Temperaturbereich, in welchem die Kühlung arbeiten soll, können geeignete Flüssigkeiten sein, Benzol, Toluol, Xylol, Trichloräthylen, säurefreie Öle, Tetrachlorkohlenstoff, Tetrachloräthan, Aceton, Schwefelkohlenstoff, Anilin, Methyläther, Äthyl- äther, Methylehlorid, Methylalkohol, Äthylalkohol.
Wichtig ist, dass von der Flüssigkeit die Gefäss- wandungen nicht angegriffen werden und dass sich in Kontakt mit den Wandungen die Flüssigkeit nicht zersetzt und etwa permanente Gase entstehen.
- Solche Flüssigkeiten lösen ausser Wasserdampf, Ammoniak und Kohlensäure auch permanente Gase, z. B. Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenoxyd, Wasserstoff usw. Alle diese Gase können vollständig oder jedenfalls praktisch ausreichend nach den beschriebenen Methoden entfernt werden.
Bei der Inbetriebnahme eines derartigen Siedekühlers mit entgaster Siedeflüssigkeit hat sich
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einen ausserordentlich ausgeprägten Siedeverzug zeigen. Die entgaste Flüssigkeit kann 20-50 und mehr Grade über ihren Siedepunkt erhitzt werden, ohne dass Sieden eintritt. Wird aber das labile Gleich- gewicht durch irgendeine Ursache gestört, so setzen das Sieden und die Dampfentwicklung explosions- artig ein. Diese heftige Dampfentwicklung kann zu Erschütterungen des Gefässes führen, die eine Ge- fährdung der Konstruktion bedeuten.
Ferner ist vielfach eine durch den Siedeverzug bedingte, inter- mittierende Funktion des Siedekühlers nicht zulässig, da bei einem derartigen Betrieb die zu kühlende
Fläche dauernd ihre Temperatur zwischen einer oberen und einer davon stark abweichenden unteren
Grenze ändert, während die Anforderungen des Betriebes im allgemeinen die Innehaltung einer mehr oder weniger konstanten Temperatur verlangen.
Gemäss der weiteren Erfindung werden daher zusätzliche Mittel angewendet, um diesen Siedeverzug zu vermeiden. Es können z. B. geringe Mengen sich mit der betreffenden Siedeflüssigkeit leicht mischender Gase beigemengt werden. Z. B. kann Helium zu Benzol zugemischt werden, u. zw. gerade so viel, wie zur Aufhebung des Siedeverzuges notwendig ist. Ferner kann man der Flüssigkeit sandartige, insbesondere poröse Körper beimengen. Als solche Körper können Stückchen von Tonerde, Kohle, beispielsweise Koks, Kreide usw., dienen. Diese porösen Körper sind aber nur so lange wirksam, als die Flüssigkeit nicht bis zu einem sehr hohen Grade entgast ist.
Für eine bis zu einem sehr hohen Grad entgaste Flüssigkeit erweist es sich als besonders wirksam, in der Flüssigkeit einen oder mehrere Initialsieder anzuordnen. Diese Initialsieder können z. B. aus einer elektrischen Heizwicklung bestehen, welche die Kühlflüssigkeit an einer Stelle stark erwärmt.
Wird nämlich durch ein noch so kleines Wandelement der Flüssigkeit in genügender Dichte Wärme zugeführt, so beginnt an dieser Stelle die Flüssigkeit zu sieden. Die von dieser Stelle aufsteigenden Dampfblasen sind geeignet, im ganzen Flüssigkeitsgebiet, das von ihnen bestrichen wird, den Siedeverzug aufzuheben. Zweckmässigerweise wird daher ein derartiger Initialsieder in der Nähe der tiefsten Stelle des Siedekühlers angeordnet, damit die von dieser Stelle aufsteigenden Dampfblasen ein möglichst grosses Flüssigkeitsvolumen durchqueren, bevor sie die Oberfläche erreichen.
In der beiliegenden Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel ein Quecksilberdampfgleichrichter dargestellt.
Fig. 1 zeigt den ganzen Gleichrichter mit den Kondensoren in Längsschnitt, der längs der Linie ici der Fig. 2 geführt ist. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt längs der Linie lI-lI der Fig. 1. Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführung eines Initialsieders. Die Fig. 4 und 5 stellen Ausführungen von Initialsiedern dar, bei denen besondere Mittel zur Begünstigung des Siedevorganges vorgesehen sind. Fig. 6 stellt den oberen Teil des Gleichrichters dar, an dem ebenfalls besondere Hilfsmittel zur Begünstigung des Siedevorganges vorgesehen sind.
1 ist der als Kathode dienende Quecksilberspiegel des Gleichrichters und 2 sind die sechs Anoden.
Das Vakuumgefäss besteht aus einem Oberteil 3 und einem Unterteil 4. Im Oberteil 3 befinden sich die die Anodenarme bildenden Rohre 5 und der zur Kondensation der Hauptmenge des an der Kathode 1 verdampfenden Quecksilbers dienende Dom 6. Die Anodenarme 5 und der Dom 6 sind von der Kühlflüssigkeit 7 umspült. Im Unterteil 4 ist über der Kathode 1 ein Führungsrohr 8 angeordnet, welches den Quecksilberdampf von der Kathode zu dem Kondensationsdom 6 leitet. Die Kühlung des Unterteils 4 erfolgt durch die Kühlflüssigkeit 9. Die Wandungen der Kühlräume im Unterteil und Oberteil des Gefässes können beim Entgasen des Apparates in genau der gleichen Weise wie der eigentliche Entladeraum entgast werden, beispielsweise durch die Stutzen 10.
Von der einen Anode 2 nach der Kathode 1 ist der Weg des Lichtbogens durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Die vor dem Einfüllen in der vorher beschriebenen Weise entgaste Flüssigkeit, z. B. Trichloräthylen, kann dann unter Vakuum durch die Stutzen 10 eingefüllt werden, der nach irgendeinem Verfahren, z. B. durch Quetschen und Verlöten,
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abgeschlossen wird. Der beim Sieden der entgasten Flüssigkeit entstehende Dampf gelangt durch die Rohre 11 bzw. 12 in die Kondensoren 1. 3 bzw. 14. Diese Kondensoren sind nichts anderes wie an der Hauptdampfleitung angeschlossene, blind endende Verzweigungsrohre, welche zweckmässig an ihrer Oberfläche Kühlrippen tragen und, in ein emLuftschacht 15 angeordnet, durch den Ventilator 16 gekühlt werden ; zweckmässig werden auch die Kondensationsräume entgast.
Um sowohl im unteren wie im oberen Kühlraum Siedeverzug zu vermeiden, sind Initialsieder eingebaut. Im unteren Kühler 4 besteht der Initialsieder beispielsweise aus einem in der Nähe des Bodens angeordneten, in die Flüssigkeit eintauchenden-und blind endenden Rohr 17, in dessen Innern eine elektrische Heizwicklung 18 angeordnet ist. Die Heizwicklung befindet sich bei dieser Anordnung auf der Seite der freien Atmosphäre und überträgt durch das Rohr 17 einen Wärmestrom, der ausreicht, um die Flüssigkeit lokal zum Sieden zu bringen.
Wenn erforderlich, können mehrere derartige Initialsieder in der Nähe des Bodens des unteren Kühlers angeordnet werden.
Die Ausführung des Initialsieders kann auch gemäss Fig. 3 erfolgen. Hier ist die Heizspirale 23 aussen um die Schutzhülse 17 herumgelegt, deren Inhalt mit dem Kühlraum 9 in Verbindung steht und so stark erwärmt wird, dass es zur Blasenbildung kommt.
In der Nähe des Bodens des oberen Kühlers ist eine andere Ausführung für den Initialsieder angewendet. Diese besteht darin, dass ein elektrischer Stromleiter 19 isoliert in die Siedeflüssigkeit eingeführt wird und erlaubt, eine in der Siedeflüssigkeit befindliche Heizspirale 20, deren anderes Ende an das metallene Gefäss anschliesst, zu beheizen. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass nur sehr kleine Energien erforderlich sind zum Betrieb des Initialsieders und zur Aufhebung des Siedeverzugs.
Es können natürlich beide Initialsieder gleich in irgendeiner geeigneten Weise ausgeführt werden.
Ein Initialsieder benötigt um so weniger Energie, je mehr die Ausbildung eines den Sieder kühlenden aufsteigenden Flüssigkeitsfilms verhindert wird. Dies kann dadurch erreicht werden, dass, wie in Fig. 4 angegeben, nach abwärts gerichtete Bleehbänder 21 an der Schutzhülse 17 eines Initialsieders vorgesehen werden. Diese bilden Hohlräume, in welchen Blasen entstehen und sich halten können. Die Blasen sind die Ausgangspunkte des Siedevorganges.
Bei der Ausführung gemäss Fig. 5 wird die gleiche Wirkung dadurch erreicht, dass der Bodenteil 22 der Schutzhülse 17 eingezogen ist, so dass ein Hohlraum entsteht.
Derartige das Sieden begünstigende Hohlräume können gemäss Fig. 6 auch an Kühlflächen, an denen besonders viel Wärme frei wird, wie z. B. an der Aussenfläche des Domes 6, an den Anodenarmen 5 angebracht werden. Z. B. kann dies durch Eindrehen einer Rille oder durch Auflegen von Blechbändern , 25 erfolgen.
An Stelle elektrisch beheizter Initialsieder können auch auf andere Weise erwärmte Körper zur Einleitung des Siedevorganges verwendet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Betriebe von Siedekühlern, welche ständig von dem freien Aussenraum abgeschlossen sind, insbesondere für Vakuumentladungsgefässe, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit vor der Inbetriebnahme des Siedekühlers, zweckmässig vor Einfüllung in die Kühlräume,
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infolge Abgabe von absorbierten Gasen eintreten kann.