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Elektrisch mittels Glimmentladung beheizter Kessel Es ist bereits
;ein elektrisch 'heizbares doppelwandiges Vakuumgefäß nach Art der Dewarschen Gefäße
aus Glas bekanntgeworden:, welches gekennzeichnet ist durch eine unmittelbar auf
die Außenwandung des Innengefäßes aufgebrachte leibende Belegung, die als Elektrode
für ,eine Gasentladung, insbesondere als Kathode für eine Glimmentladung, dient.
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Es ist ferner einelektrischer Ofen zum Erhitzen in ihn einzubringender
Gegenstände bekanntgeworden, bei dem zur Erhitzung die Wärmeentwicklung des negativen
Glimmlichtes, vorzugsweise in. deiner verdünnten Gasatmosphäre , benutzt wird. Technische
Kessel hat man dagegen noch nicht mittels. Glimmentladung beheizt, weil sich der
Durchbildung erhebliche Schwierigkeiten in den Weg stellen:. Durch die Erfindung
sind diese Schwierigkeiten behoben womdien. Die Erfindung betrifft einen elektrischen
mittels Glimmentladung beheizten Kessel, cher sich dadurch auszeichnet, daß der
zu beheizende Kessel in einem Mantelkessel angeordnet ist, dessen Mantelraum zwecks
Herstellung einer Glimmentladung evakuiert ist, und daß .die Außenfläche des zu
beheizenden Kessels als Anode der Glimmentladung ausgebildet ist, während als Kathode
entweder der Mantelkessel oder besondere im Mantelraum angeordnete .Elektroden dienen,
und d@aß schließlich gegen den Angriff der Entladung geschützte Stromdurchführung
gen vorgesehen sind. Die Außenseite des mietallischen Kessels wird dabei der Einwirkung
einer Gasentladung ausgesetzt, wobei der Kessel die positive Spannung dauernd oder
zeitweise führt oder neutral geschaltet ist. Vorteilhaft ist dabei zwischen dem
Kessel und einem den Vakuumraum abgrenzenden
1vIa.tltelkessel in
elektrischer Isolator vakuutn dicht angebracht. Zum Abschluß des Kessel ist ein
vakuumdichter Deckel vorgesehen. Dic Isolation und Dichtungen sind vorzugsweisc
mit einer Kühlvorrichtung versehen. Auch der oder die Stromleiter für die Elektrode
i sind vorteilhaft mit einer Kühlvorrichtung versehen. Vorteilhaft kommt als Gasentladung
zur Heizung eine Glimmentladung bei solchen Drucken zur Anwendung, d,aß sich die
Ka, thoide vollständig mit dem Glimmlicht bedeckt, und zwar kommen Drucke unterhalb
50 mm bis o,ooi mm Hg, insbesondere etwa 5 bis o,oi mm .Hg, zur Anwendung.
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Diese Kesselheizung bietet folgende Vorteile: Die Kesselwandung ist
gleichzeitig Heizelement, wodurch. ein sehr günstiger. Wirkungsgrad für die Wärmtühertragung
erzielt -wird. Der Kessel wird durch den Angriff der Gasentladung, die die ganze
Oberfläche desselben erfaßt, gleichmäßig jerhitzt. Die Arbeitsdauer und das Abkühlen
sind dabei auf ein Mindestmaß -an Zeit reduziert, -wodurch be:i der praktischen
Arbeit die Wirtschaftlichkeit erheblich verbessert wird, da .di° langem, Energie
verzehrenden Anlaufzeiten und Abkühlzeiten vermieden sind. Die Leb :nsdauer des
Heizelemients ist eine bedeutend höhere gegenüber den elektrischen Heizelementen
aus Chromnickelwendieln oder Silitstäben oderanderen: Werkstoffen. Außerdem ist
die Unempfindlichkeit des Kessels als Heiz-l.°m-ent gegenüber miecbanischer Beanspruchung
hervorzuheben. Die Vermeidung von gesonderten He:izelem.enten bedingt eine einfache
Wartung und vermeidet teuere und zeitratil),.@nde Ausbesserungen.. , 'Bei Verwendung
einer Gleichspannung für die die Aufheizung be-virkende Entladung ist der positive
Pol der Gleichspann-ungsquelle mit dem Kessel und der negative Pol mit dem Vakutunman,tel
oder mit einer oder mehreren Elektroden verbunden. Bei Verwendung einer Wechselspannung
für die die Aufheizung bewirkende Entladung ist der Mantel des Kessels mit dem einen
Pol und der Kessel ad°r eine, oder mehrere Elektroden mit dem anderen Pol der Wechselspannung
verbunden.
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Der Kessel kann vorteilhaft mit einem vakutun:dichtem Deckel, der
mit einer Isoliermasse zur Minderung der Wärmeableitung versehen -werden kann, .
ausgeführt werden. Auch der Vakuummantel kann außen mit einem Isoliermantel versehen
werden, der z. B. mit Kieselgur oder :einem ähnlichen Material gefüllt werden kann.
Für einen raschen Betrieb und kurze Erhitzuingszeiten .ist 'es vorteilhaft, den,
Vakuummantel zu kühlen. Als Kühlmittel kann Wasser, Öl oder Luft ver--vendet werden.
Die Isolation und Dichtungen können vorteilhaft mit einer Kühl.vorrichtun'- versehen
sein, desgl. auch der Stromleiter für die Elektrode. Als Spannung für die. Glimmstromentladung
können je nach der gewünschten Temperatur und den Unterdrukken, bei welchen die
Entladung vor sich geht, bis zu i o ooo Volt angelegt werden. Im praktischen Betriebe
haben sich Spannungen von 4.0o bis 4ooo Volt als ausreichend erwiesen. Die Belastung
der Kesseloberfläche kann z«zschen o, i und i o Watt pro Quadratzentimeter betragen.
Im praktischen Betriebe wurden Leistungen bis zu 15 Watt pro Quadratzentimeter
angelegt. Dabei wurden bereits "Temperaturen von über iooo' C am Kessel erzielt.
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Als Kesselbaustoff eignen sich im Prinzip alle Metalle. Zur Erhitzung
oder zum Sieden von -Flüssigkeiten -wird in den meisten Fällen bereits ein Aluminiumkessel
genügen. Zur Erhitzung von Salzschmelzen oder Glühungen. von Metallen oder Metallschmelzen
-t-ird z. B. ein Stahlkessel, möglicherweise mit einer Plattierung aus Chrom, verwendet.
Der Tiegel kann aber auch aus Graphit oder keramischer Masse bestehen, wenn es sich
tun die Schmelzung oder Erhitzung von Stoffen sehr hoher Temperaturen handelt.
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«Der beschriebene Kessel kann für alle Erhitzungen, die zweckmäßig
in irrem Kessel tiefer oder flacher Ausbildung vorgenommen werden, Verwendung finden.
Der Kessel net sich sowohl für die Erhitzung flüssiger oder fester Stoffe organischer
oder anorganischer Natur sowie zum Schmelzen solcher Produkte. Auch Metalle lassen
sich schmelzen, wenn zur Vermeidung möglicher Legierungsbildung mit dem Kesselbaustoff
ein entsprechendes Futter eingelegt wird. Durch einen vakuurn-dichten Deckel können
ErhitzungCn oder Schmelzungen bei gleichzeitiger Entgasung vorgenommen werden, so
z. B. auch Imprägnierungen in Lacke, Öle, Paraffin usw., oder die Entgasung vorn
Metallen. Erhitzungen von Salzschmelzen für Vergütungszwecke oder für Elektrolyse
können genau so vargenom.men werden wie das Glühen von Metallgegenständen im Vakuum
in reduzierender oder vergütender Atmosphäre. Dier so beheizte Kessel bietet gegenüber
anderen Heizungsaxten den Vorteil, daß der Kesselbaustoff durch den Einfluß .der
Luft oder der H,eizgasie keinem Verschleiß durch Verzunderung oder sonstigem chemischem
Angriff ausgesetzt ist, wodurch ein Durchbrennen des Kessels vermieden wird. Ablagerungen
durch Ruß u. dgl. oder schlechter Wärmeanschluß bei elektrischer Beheizurng und
somit ungleichmäßiger Erhitzung sind unmöglich.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an einem Ausführungsbeispiel
schematisch erläutert, und zwar zeigt die
Abb. i einen Schnitt durch
einen an -der Außenseite mittels seiner Gasientladung, vorzugs; weise Glimmentladung,
beheizten Kessel, die Abb. 2 ein Schaltschema für Gleichstrom, @di,& Abb. 3
ein Schaltschema für Wechselstrom und die Abb. 4 ein anderes Schaltschema für Wechselstrom.
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Inder Abb. i, die einem. Schnitt durch einen mittels einer Gasentladung,
insbesondere Glimmentladung, beheizten, als Anode öder neutral geschalteten Kessel.
i-. darstellt, ist 2 sein: als Kathode geschalteter Vakuummantel, der mit einem
schlecht wärmeleitenden Werkstoff 3, z. B. Kieselgur, gefüllt ist. Die Glimmentladung
zur Heizung des Kessels findet in: dem Valniumraum 4 zwischen der Innenwandung des
Vakuumgefäßes 2, das die Kathode bildet, und der Elektrode 5 !oder denn Kessel i,
der die Anode bildet, statt. Durch den Ansehlußstutzen 6 kann der Vakuumraum auf
den gewünschten Druck von vorzugsweise 5 bis o,oi mm aufgepumpt werden. Der Teil
6" stellt ein Sieb- zum -Zurückhalten der Gasentladung dar, damit diese nicht in
den Stutzen 6 hineinschlägt. Durch den Stutzen 7 kann ein Füllgas, z. B. Wassersitoff,
Stickstoff :o. .d91., in geringer Menge mittels Beines nicht dargestellten Ventils
in den Vakuumraum eingeführt werden. Die Entladung kann in strömendem oder stationärem
Gas erfolgen. Der Teil 7Q stellt gleichfalls ein Sieb zum Zurückhalten der Gasentladung
,dar.
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Die Anode 5 ist an einer Stromdurchführung 8 befestigt, die durch
eine in so geringem Abstand angeordnete metallische Hülle 9 abgeschirmt ist, -daß
keine Glimmentladung indem Zwischenraum stattfindet. i o ist ein Isolierring, und
i i ist ein Anpreßring, gleichfalls aus Isolierstoff. 12 und 13 sind Dichtungsringe.
Die Stromdurchführung & ist hohl ausgebildet und kann innen gekühlt werden.
Das Kühlmittel wird durch die Leitung 1'4 zugeführt und fließt durch die Leitung
15 wieder ab. 16 ist ein Stromanschlußkabel.
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Der Kessel i besitzt an seinem oberen Ende eine Kühlvorrichtung 17,
der durch ,den Stutzen 18 :ein Kühlmittel, z. B. Wasser, zugeführt wird, welches
durch den Stutzen i 9 wieder abfließt. Der Vakuummantel2 besitzt gleichfalls am
oberen Ende eine Kühlvorrichtung 2o, der durch -die Leitung 21 ein Kühlmittel zugeführt
wird. Der Stutzen 22 dient zur Ableitung des Kühlmittels. Der Kessel T und der Vakuummantel
2 sind durch den Isolierring 23, der den Flansch ,des Kessels vollständig abdeckt,
gegeneinander isoliert. 24 und 25 sind zwei Dichtungsringe. Der Raum 26 zwischen
dem Kessel und Vakuummantel wird so, schmal ausgebildet, daß keine Glimmentladung
darin stattfindet. 27 ist ein Schutzschirm, um ein Verschmutzen .der Isolation.
zu vermeiden. 28 ist eine Stromanschlußleitung, die z. B. zum positiven Poleiner
Spannungsquelle führt. Der Kessel i ist durch seinen Deckel 29 mittels einer Dichtung
3o vakuumdicht verschließbar und kann eine Isäliermasse 31, z. B. Kieselgur,enthalten.
Die Leitung 32 des Deckels kann im Bedarfsfalle mit einer Vakuumpumpe in Verbindung
gebracht werden, während durch die Leitung 33 des Dekkels ein Gas, z. B.. ein reduzierendes
Gas, wie Wasserstoffoder ein Schutzgas,, eingeleitet werden kann. Durch das Schauglas
34 im. Deckel kann, der -Proazeß, z. B.eine zu erhitzende Flüssigkeit 35, im Kessel
beobachtet werden. Der Kessel kann z. B. mit Vorteil für die folgenden Zwecke verwendet
werden: i. als Kessel zur Erzeugung von Dampf aus Wasser oderorganischen Flüssigkeiten,
2. als Schm!elzkcssel für Metalle; Legierungen, Salze, Harze, Paraffine, Fette usw.,
3. als Vakuumkessel zum Evakuieren von Flüssigkeiten und festen Körpern bei gleichzeitiger
Erhitzung, 4. äls Imp:rägnmerungskessel für anorganische o-dexorganische Körper,
wie Papiere, Gewebe, Holz, Porzellane usw., niit Lacken, Ölen, Fetten, Paraffinen,
Metallen usw.
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In .der Abb.2, die ein Schaltungsschema für Gleichstrombetrieb des
Kessels darstellt, ist- 49 Birne Gleichstrotm.quellle, :deren negativer Pol über
.denn Schalter 5o mit dem Mantel 2 .des Kessels, i in Verbindung steht, während
der positive Bol entweder über den Schalter 51 mit dem Kessel i oder über den Widerstand
52 bzw. die Drosselspule 53 und den Schalter 54 rriit der Anode 5 in Verbindung
steht.
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In -der Abb. 3, die ein Schaltungsschema für Wechselstromb:etrieb
darstellt, "ist 55 ein regelbarer Wechselstromtransformator, der von der Wechselstromqu@ellle
56 gespeist wird. Die Sekundärspule 57 des Transformators steht einerseits über
den Schalter 58 mit dem Mantel 2 -des Kessels, und andererseits über einen Widerstand
59 bzw. einer .Drossel 6o und einem Schalter 61 mit der Elektrode 5 in Verbindung.
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In der Abb. 4 steht die Sekundärspule 57 des Wechselstromtransformators
über dien Schalter 62 mit dem Kessel i und andererseits über einen Widerstand 59
bzw. eine Drossiel6o mit dem Mantel2 des Kessels in Verbindung.