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Quecksilberdampfkessel In Vorrichtungen, beispielsweise in Kesseln,
bei welchen die Wärme mittels eines Wärmeträgers übertragen wird, ist es vorteilhaft,
die Menge des Wärmeträgers möglichst zu verringern. Beispielsweise spielt bei Quecksilberdampfkesseln
infolge des hohen Preises des Quecksilbers die Verringerung der Quecksilbermenge
eine große Rolle. Nun ist das flüssige Quecksilber ein guter Wärmeträger, dagegen
sind Quecksilberdämpfe ein schlechtes Wärmeableitungsmittel. Infolgedessen entstehen
wegen der hohen Temperaturen der Feuerungen in den Heizrohren des Quecksilberdampfkessels
Schwierigkeiten, sobald das Quecksilber in diesen Rohren nicht mit genügender Geschwindigkeit
umläuft, damit stets flüssiges Quecksilber zur Wärmeabfuhr vorhanden ist. Die Folge
ist, daß die Rohre überhitzt werden und verbrennen.
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Die Erfindung bezieht sich auf Quecksilberdampfkessel, die aus einer
Obertrommel bestehen, an welche mehrere Heizelemente angeschlossen sind, die je
mehrere Verdampfungsrohre enthalten, und hat zur Aufgabe den Schutz der Verdampfungsrohre
vor Überhitzung unter möglichster Verringerung der umlaufenden Quecksilbermenge.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Verdampfungsrohre der einzelnen
Heizelemente, aus denen der Kessel zusammengesetzt ist, gemeinsam in einem festen
Wärmeträger eingebettet sind. Der die Verdampfungsrohre enthaltende Wärmeträger
kann zum Schutze gegen die Feuergase mit einem Schutzmantel umgeben sein, falls
der Stoff des Wärmeträgers von den Gasen angegriffen werden kann. Ist dies nicht
der Fall, so kann der Schutzmantel fortfallen. An Stelle eines besonderen Schutzmantels
für den Wärmeträger kann seine Außenfläche einer Behandlung unterworfen werden,
um sie gegen den Angriff der Heizgase unempfindlich zu machen. Die Erfindung hat
den Vorteil, daß die Quecksilbermenge infolge des geringen Durchmessers der Verdampfungsrohre
verhältnismäßig gering wird, während der gute Wärmeträger die Wärme von den Heizgasen
zum Quecksilber zuverlässig überträgt. Der verhältnismäßig geringe Durchmesser der
Rohre bei deren beträchtlichen Länge ergibt auch eine verhältnismäßig große Übertragungsfläche
für die -Wärme. Infolge der guten Wärmeleitfähigkeit des Wärmeträgers gelangt die
Wärme von den Feuergasen zu dem Quecksilber, ohne daß die Heizrohre überhitzt werden.
Bei Verwendung von Kupfer als Wärmeträger, dessen Schmelzpunkt bei etwa z o8o °
C liegt, ist die Wärmeleitfähigkeit etwa neunmal besser als von Stahl. Bei Verwendung
von Aluminium mit einem Schmelzpunkt von etwa 655' C ist die Wärmeleitfähigkeit
etwa
fünfmal größer als von Stahl, und zwar bei Zimmertemperatur; die Wärmeleitfähigkeit
steigt aber mit dem Steigen der Temperatur und erreicht bei hohen Temperaturen einen
Wert, welcher dem von Kupfer fast gleich ist. Zur Zeit wird jedoch Kupfer als der
beste Wärmeträger angesehen.
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Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel.
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Abb. i ist eine Seitenansicht mit Teilschnitt eines Quecksilberdampfkessels;
Abb. 2 ist eine Vorderansicht des Kessels mit Teilschnitt der oberen Trommel; Abb.
3 ist ein Querschnitt durch das obere Ende eines Heizelements in vergrößertem Maßstabe;
Abb. 4 ist ein Querschnitt nach der Linie 4-4 aus Abb. 3 ; Abb. 5 ist Ansicht eines
in den Heizrohren vorgesehenen Spira.lbandes.
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Vor der Feuerungswand i ist eine Reihe von Heizelementen 2 vorgesehen,
die je eine Anzahl von Heizrohren 4 enthalten. Jedes Heizelement ist von einem Schutzrohr
3 umgeben. Die Heizrohre 4 sind in dem Wärmeträger 5 eingebettet, der bei der in
Frage kommenden Arbeitstemperatur eine feste Gestalt hat. An den Rohrenden sind
Platten 6 mit Öffnungen für die Rohre 4 vorgesehen, die in den Platten auf irgendeine
bekannte Weise befestigt sind, beispielsweise durch Löten, Schweißen o. dgl. Die
Platten 6 schützen den Wärmeträger 5 vor der unmittelbaren Berührung mit dem Quecksilber.
Die Heizelemente 2 werden an den Enden durch Kappen 7 abgeschlossen, die an das
Außenrohr 3 angeschweißt sein können und Hohlräume 8 enthalten, in welche die Heizrohre
einmünden.
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In jedem Heizrohr 4 wird zwecks Durchwirbelung des Betriebsmittels
(Quecksilber) ein spiralig verdrehter Metallstreifen 811 vorgesehen. Dadurch werden
die Quecksilberdämpfe gezwungen, die inneren Rohrwandungen gründlicher zu bespülen.
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Die Heizrohre 4 sowie das Mantelrohr 3 können aus Stahl sein. Für
das Mantelrohr 3 kommt vorzugsweise Chromnickelstahl oder ein Stahl mit geringem
Kohlenstoffgehalt in Frage. Die Oberfläche des Mantelrohres wird vorzugsweise einer
Wärmebehandlung unterworfen, um es gegen Angriffe der Heizgase bei deren hohen Temperatur
zu schützen. Um einen möglichst guten Wärmeübergang von den Heizgasen zu dem Betriebsmittel
zu erzielen, muß die Verbindung zwischen dem Mantelrohr und den Heizrohren möglichst
gut sein, d. h. es muß zwischen dem Mantelrohr 3 und dem Wärmeträger 5 einerseits
sowie zwischen .dem Wärmeträger 5 und den Heizrohren 4 andererseits eine möglichst
innige Berührung vorhanden sein. Die Hohlräume 8 der unteren Enden der Heizelemente
sind durch ein Rohr 9 mit einem Zuleitungsrohr io verbunden. Die Hohlräume 8 der
oberen Enden der Heizelemente dagegen sind durch Rohre ii mit einer Dampftrommel
i2 verbunden. Durch eine gestrichelte Linie A ist die Höhe des Quecksilberspiegels
in der Trommel 12 angedeutet. Die Rohre ii sind in die Trommeln 12 unterhalb dieses
Spiegels eingeführt. An sich ist dies aber nicht notwendig. Durch das Rohr 13 wird
der Quecksilberdampf zur Verbrauchsstelle abgeführt. Das Rohr i3 d führt der Trommel
flüssiges Quecksilber zu. Das Rohr 14 verbindet den unteren Trommelteil mit dem
Quecksilberzufuhrrohr io.
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Vor den Einführungsöffnungen der Rohre ii ist in der Trommel 12 eine
Leitplatte 15 mittels geeigneter Befestigungen 16 angebracht, und zwar in einer
bestimmten Entfernung von der Trommelwandung. Die Platte erstreckt sich von etwa
der tiefsten Stelle der Trommel bis über die Höhe des Quecksilberspiegels hinaus.
Zwischen dem unteren Rande der Platte 15 bleibt jedoch ein Durchgang 17 für
das Quecksilber frei. Außerdem ist in der Trommel 12 eine Querwandung 18 mit Öffnungen
i9 vorgesehen, durch welche der Quecksilberdampf zu dem Abführungsrohr
13 strömen kann. Die oberen und unteren Enden der Heizelemente können, falls
notwendig, durch Schutzwände 2o aus einem wärmebeständigen Stoff vor der unmittelbaren
Einwirkung der Hitze geschützt sein. Diese oberen Schutzwände können auf irgendeine
Art von den Heizelementen 2 getragen werden, während die unteren Schutzwände 2o
auf dem Boden des Kessels aufgebaut sein können.
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Die Wirkungsweise des Kessels ist die folgende.
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Das Quecksilber fließt von der Trommel 12 durch die Fallrohre 14 zum
Zuführungsrohr io, aus dem es in die Heizrohre gespeist wird. In diesen strömt es
aufwärts durch die Heizrohre 4 der Heizelemente 2. Die Hitze wird von den Heizgasen
durch den festen Wärmeträger 5 aufgenommen und auf das Quecksilber übertragen, wobei
die Wärmeübertragung sich gleichmäßig auf sämtliche Heizrohre verteilt. Da das Quecksilber
in den Rohren i4 flüssig ist, in den Heizrohren 4 dagegen Zum Teil bereits verdampft
ist und daher eine geringe Dichte besitzt, entsteht ein Umlauf des Quecksilbers.
Irgendwelche besondere Vorrichtungen, beispielsweise Pumpen oder Injektoren, können
daher in Fortfall kommen. Das hat auch den Vorteil, daß die Zuverlässigkeit des
Kessels nicht von der Zuverlässigkeit der Pumpvorrichtungen abhängig ist.
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Die Anordnung mehrerer Heizrohre in einem Mantelrohr bei Parallelschaltung
der Heizrohre
hat den wesentlichen Vorteil, daß die Beeinträchtigung
des Umlaufs des Betriebsmittels in einem der Heizrohre nicht den vollständigen Zusammenbruch
des Heizelements wegen Überhitzung zur Folge haben kann.
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Die Verwendung eines stets festen Wärmeträgers hat den Vorteil, daß
bei der Entstehung eines Risses oder Bruches in dem Mantelrohr 3 keine üblen Folgen
entstehen können, die bei einem flüssigen `'Wärmeträger wegen Ausfließens durch
die entstandene Öffnung auftreten können. Das Außenrohr 3 ist nur geringen Beanspruchungen
ausgesetzt, da es lediglich zum Schutze des Wärmeträgers gegen chemische Angriffe
dient. Es kann daher verhältnismäßig dünn sein oder, wie bereits erwähnt, auch ganz
in Fortfall kommen.
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Bei der Verwendung eines festen Wärmeträgers wird das Durchgehen durch
den Übergang aus einem Zustand in den anderen (Erstarrungspunkt oder Schmelzpunkt)
vermieden. Dadurch fallen auch all die Schwierigkeiten weg, die mit solchen Übergängen
verbunden sind, insbesondere die Schwierigkeit mit der Ausdehnung und Zusammenziehung.
Der feste Wärmeträger hat den weiteren Vorteil, daß es nicht notwendig ist, die
Menge des Quecksilbers so zu bemessen, daß sein Umlauf beim Anheizen beginnt. Eine
gewisse Anheizdauer ohne Umlauf hat keine schädlichen Folgen, da die Wärme von dem
festen Wärmeträger aufgenommen und gespeichert wird. Die Ausdehnung des Quecksilbers
bei der Erhitzung hat deshalb auch keine schädlichen Folgen.
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Heizelemente mit einem festen Wärmeträger können vorteilhaft auch
bei der Benutzung eines Quecksilberamalgams an Stelle von Quecksilber angewendet
werden, da eine teilweise Erstarrung des Amalgams voraussichtlich stattfindet. Das
würde bedeuten, daß der Umlauf des Betriebsmittels erst dann beginnen würde, wenn
eine beträchtliche Wärmemenge dem Kessel zugeführt ist.
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Die Heizelemente können waagerecht liegen, während die Dampfrohre
senkrecht angeordnet sind, wie das auch bei Dampfkesseln üblich ist. In diesem Fall
beginnt der Umlauf mit dem Verdampfen. Es kann die Anordnung so getroffen werden,
daß der Umlauf in einer bestimmten Richtung geschieht.
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Wegen der Verwendung der verhältnismäßig dünnen Heizrohre sind auch
die Festigkeitsbeanspruchungen gering. Das ist insofern wichtig, als die Heizrohre
im wesentlichen bei hohen Temperaturen, wodurch die Festigkeit des Rohrmaterials
herabgesetzt wird, arbeiten müssen. Die Verwendung von Kupfer als Wärmeträger hat
noch den besonderen Vorteil, daß es nachgiebig ist und dadurch die Spannungen der
Heizrohre übernimmt.
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Der Aufbau der Heizelemente aus einem Außenrohr mit einer Anzahl von
Innenrohren, die im wesentlichen gerade sind und parallel verlaufen, hat noch den
Vorteil, daß die Herstellung verhältnismäßig billig ist und geringe Wiederherstellungskosten
bedingt. Die einzelnen Elemente können dabei unabhängig voneinander leicht ersetzt
werden.