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Dampferzeuger mit aus Hohlkörpern bestehenden, beheizten, mit einem
hochsiedenden Wärmeübertragungsmittel gefüllten Bauteilen Das Patent 972993 betrifft
einen Dampferzeuger mit einer unmittelbar beheizten Verdampferheizfläche und mit
beheizten Bauteilen, die als Hohlkörper ausgebildet sind und bei einem unterhalb
des Betriebsdruckes im Dampferzeuger liegenden Druck mit einem hochsiedenden Wärmeübertragungsmittel
gefüllt sind. Zur Abfuhr der durch Beheizung der Bauteile aufgenommenen Wärme sind
in den Bauteilen Rohrschlangen angeordnet, die an dem Wasserkreislauf des Kessels
angeschlossen sind.
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Bei Flüssigkeitsumlaufheizungen mit mittelbarer Beheizung ist bekannt,
im Nebenschluß in die Kreislaufleitung der Heizflüssigkeit Windkessel mit vorverdichtetem
Gas. einzuschalten, um Drucksteigerungen bei Ausdehnung der Flüssigkeit aufzunehmen.
Die Windkessel sollen dabei unter so hohen Druck gesetzt werden, daß schon bei kaltem
Zustand der Atmosphärendruck wesentlich überschritten wird. Der Dehnungsausgleich
durch im Nebenschluß angeordnete Windkessel ist nur bei Heizflüssigkeiten möglich,
die im kalten Zustand der Anlage nicht fest werden.
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Ferner ist bekannt, bei: einem Dampferzeuger mit mittelbarer Beheizung
und Quecksilber als Wärmeträger im Nebenschluß. zu dem Primärkreislauf ein luftdicht
abgeschlossenes Ausdehnungsgefäß vorzusehen, um Wärmedehnungen der Heizflüssigkeiten
aufzunehmen.
Auch in diesem Falle ist die Anordnung des Ausdehnungsgefäßes im Nebenschluß auf
Flüssigkeiten beschränkt, die bei kaltem Zustand des Kessels nicht erstarren.
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Auch bei der mittelbaren Beheizung eines Uberhitzers durch eine :Metallschmelze
ist ein Ausgleichbehälter vorgesehen, der aber nicht gegen die Außenluft abgeschlossen
ist.
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In Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes nach dem genannten Patent
wird vorgeschlagen, die mit hochsiedendem Wärmeübertragungsmittel gefüllten Bauteile
mit an sich bekannten Ausgleichvorrichtungen für die flüssige Salz- oder Metallschmelze
auszurüsten, die von der. Außenluft abgeschlossen sind. Hierdurch wird erreicht,
daß einerseits die Volumenänderungen des flüssigen Wärmeüberträgungsmittels ausgeglichen
werden und andererseits die Schmelze keine Feuchtigkeit oder Sauerstoff aus der
Luft aufnehmen kann. So ist beispielsweise wasserfreie Natni:umlauge oder Kaliumlauge
als Wärmeübertragungsmittel gut geeignet. Beide Stoffe können auch als Mischung
verwendet werden, um eine bestimmte Schmelztemperatur herzustellen. Bekannt ist
ferner die Verwendung des metallischen Natriums oder Kaliums als Wärmeübertragungsmittel.
In beiden Fällen muß Feuchtigkeit unbedingt ferngehalten werden. Wasserfreie Natrium-
oder Kaliumlaugen greifen Eisen nicht an, jedoch genügt ein Gehalt von 51/o Wasser,
um Korrosionen zu erzeugen. In der metallischen Form wirkt Wasser auf Natrium und
Kalium zersetzend. Auch bei -anderen Metallen oder Stoffen ist bei Anwesenheit von
Sauerstoff immer eine chemische Reaktion leicht möglich. Nach dem Erfindungsvorschlag
wird der Zutritt von Luft zur Schmelze mit Sicherheit vermieden.
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Die Erfindung ist an den Ausführungsbeispielen nach Abb. i bis 5 näher
erläutert.
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In Abb. i ist eine Zyklonfeuerung dargestellt. Der Zyklon besteht
aus dem zylindrischen Hohlkörper i, der im Innern mit Verdampferheizflächen 2 ausgerüstet
ist und mit einem hochsiedenden Wärmeübertragungsmittel angefüllt ist. Der Hohlkörper
i wird nur so weit gefüllt, daß im kalten Zustand oberhalb des Wärmeübertragungsmittels
ein Ausgleichraum 3 verbleibt. Dieser Ausgleichraum 3 ist durch Leitung 4. mit einem
Behälter 5 verbunden, der durch eine Zwischenwand 6 in die beiden Kammern 7 und.
8 unterteilt ist. Beide Kammern sind durch eine Öffnung 9 miteinander verbunden.
Am Boden des Behälters 5 befindet sich eine Sperrflüssigkeit, beispielsweise Öl,
die verhindert, daß Luft von einer Kammer in die andere übertreten kann. Die Leitung
4 mündet in die Kammer 8 ein. Bei Erwärmung und Ausdehnung des Wärmeübertragungsmittels
wird die Luft aus dem Ausgleichraum 3 verdrängt und tritt in die Kammer 8 über.
Infolge des Überdruckes in der Kammer 8 strömt Öl in die Kammer 7 .ein. Der Ölspiegel
steht dann in der Kammer 7 höher als in der Kammer B. Hierdurch wird verhindert,
daß durch die Volumenänderung des Wärm-eübertragungsmittels immer neue Luft mit
dem Übertragungsmittel in ,Berührung kommt. Die geringe in der eingeschlossenen
Luft .enthaltene Feuchtigkeit isst unschädlich, könnte aber auch. durch ein in der
Kammer 8 untergebrachtes hygroskopisches Mittel leicht gebunden werden.
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Der mit Luft gefüllte Ausgleichraum 3 im Hohlraum des Zyklons ist
in diesem Falle unschädlich, weil dieser Teil geschützt liegt und wenig Wärme aufnimmt.
Es ist daher nicht zu- befürchten, daß durch das Luftpolster ein Wärmestau und dadurch
eine übermäßige Erwärmung der Wandung eintritt.
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Statt einer Sperrflüssigkeit könnte auch, wie Abb. 2 zeigt, die Trennung
der Kammern 7 und 8 durch eine elastische Membran io erfolgen.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 ist eine Brennermuffel i i
gezeigt, die durch einen Hohlkörper 12 gebildet ist. In diesem Falle ist es schwierig,
den Ausgleichraum im Hohlkörper selbst vorzusehen. Er müßte sich zwangläufig an
der höchstgelegenen Stelle des Hohlkörpers befinden. Gerade diese Stelle ist aber
bei: der dargestellten Brennermuffel sehr stark beheizt. Es ist daher die Brennermuffel
i i so ausgebildet, daß außerhalb der Feuerraumwand 13 ein besonderer Ausgleichbehälter
14 angeordnet ist. Das Wärmeübertragungsmittel wird durch den Stutzen 15 eingefüllt.
Eine Entlüftungsleitung 16 sorgt dafür, daß auch an der höchsten Stelle des Hohlkörpers
12 kein Luftpolster entstehen kann. Nach der Einfüllung wird der Stutzen 15' luftdicht
abgeschlossen. Bei Volumenänderung des Wärmeübertragungsmittels verdrängte Luft
wird in den Behälter 5 abgedrückt, der in gleicher Weise ausgebildet sein kann,
wie in den vorhergehenden Beispielen beschrieben wurde. Da im kalten Zustand die
meisten Wärmeübertragungsmittel erstarren, könnte bei Inbetriebnahme der Brennermuffel
ein Ausgleich erst dann eintreten, wenn auch im unbeheizten Ausgleichbehälter 14
das Übertragungsmittel geschmolzen ist. Bis dieser Zustand erreicht wird, könnten
aber in dem Hohlkörper 12 erhebliche Überdrücke auftreten, die gerade vermieden
werden sollen. Es ist daher zweckmäßig, als Übertragungsmittel einen solchen Stoff
zu wählen, dessen Schmelzpunkt unter der Temperatur des Wärmeträgers :in den Verdampferschlangen
2 liegt, um durch den Wärmeträger vor Inbetriebnahme das Übertragungsmittel einzuschmelzen.
Es ist daher vorteilhaft, die Rohre der Verdampfungsheizfläche 2 so zu führen, daß
sie auch gleichzeitig den Ausgleichbehälter 14 aufheizen.
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Als weiteres Ausführungsbeispiel ist in Abb. 4. ein Türkühlrahmen
für Siemens-Martin-Öfen gewählt. Derartige Türrahmen sind allseitig sowohl thermisch
als auch mechanisch hochbeansprucht. Ein außerhalb des Türkühlrahmens liegender
Ausgleichbe'hälter würde die Bedienung des Ofens erschweren. Es wurde daher ein
Ausgleichraum im Innern des Rahmens vorgesehen. Der Türkühlrahmen ist als Hohlkörper
17 ausgebildet. Er wird durch die Füllstutzen 15 mit einem Wärmeübertragungsmittel
gefüllt. In den seitlichen lotrechten Teilen sowie in dem waagerechten Mittelstück
sind
innerhalb der Hohlkörper 17 Füllkörper 18 angeordnet, die nach
unten offen sind. Beim Einfüllen des Übertragungsmittels wird die Luft in dem Füllkörper
eingeschlossen. Sie dient bei Volumenänderungen als elastisches Polster und wird
bei Ausdehnung des Mittels mehr oder minder komprimiert. Der maximal mögliche Luftdruck
bleibt aber auf alle Fälle sehr gering und erfordert keine besonderen Maßnahmen.
Darüber hinaus wäre es auch möglich, die innenliegenden Ausgleichräume noch mit
einem außenliegenden Ausgleichraum zu verbinden, wodurch jeder Überdruck vermieden
werden kann.
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Bei, Inbetriebnahme aus dem kalten Zustand ist es möglich, daß bis
zur Verflüssigung im Übertragungsmittel Spannungen entstehen. Es ist daher zweckmäßig
- wie Abb. 5 zeigt -, die Füllkörper mit leicht nachgiebigen Wänden zu versehen,
um diese Spannungen zu verringern. Zwischen den Füllkörpern 18 und der Wandung der
Türrahmen sind die Verdampfungsrohre i9 zur Abführung der aufgenommenen Wärme angeordnet.
Außer dem erwähnten Zweck haben die Füllkörper 18 den Vorteil, daß an Übertragungsmittel
gespart wird. Hierdurch vermindern sich nicht nur die Kosten, sondern auch das Problem,
einen ausreichenden Ausgleichraum zu schaffen, wird mit der Menge des Übertragungsmittels
verringert. Bei den großen Abmessungen, die für solche Türkühlrahmen erforderlich
sind, macht die Anordnung der Füllkörper innerhalb des Hohlraumes keine Schwierigkeiten.