DE509933C - Einrichtung zur Regelung des Elektrolytumlaufs bei Druckzersetzern mit getrenntem Anolyt- und Katolyt-Umlauf - Google Patents
Einrichtung zur Regelung des Elektrolytumlaufs bei Druckzersetzern mit getrenntem Anolyt- und Katolyt-UmlaufInfo
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Description
Der Erfinder geht von einem Druckzersetzer mit getrenntem Anolyt- und Katolyt-Umlauf
aus. Es ist bekannt, daß eine Störung des Gleichgewichts zwischen den beiden
Elektrolytumläufen auf der Anolytseite einerseits und der Katolytseite anderseits zu sehr
erheblichen Störungen des Betriebs einer derartigen Zersetzeranlage führen kann, daß
aber anderseits bisher niemand den Versuch gemacht hat, eine systematische Abstimmung
der beiden Umläufe gegeneinander zu bewirken, derart, daß auftretende Gleichgewichtsstörungen
in einfacher, aber genauer Weise durch Einregelung beseitigt werden können. Zweck und Ziel der Erfindung ist,
eine derartige außerordentlich feine und empfindliche Regelung anzuordnen, durch die
das Gleichgewicht zwischen den beiden Seiten des Elektrolytumlaufs hergestellt werden kann.
ao Hierbei hat sich der Erfinder bemüht, aus Gründen der Einfachheit und Billigkeit der
Anläge zur Bewirkung dieser Regelung möglichst Einrichtungen zu verwenden, die auch
bisher vielfach an solchen Zersetzern verwendet worden sind. "Demgemäß soll zunächst
eine Einrichtung zum Regeln des Elektrolytumlaufs bei Druckzersetzern mit getrenntem
Anolyt- und Katolyt-Umlauf nach der Erfindung darin bestehen, daß die Umlaufregelung
durch wechselweise Einwirkung von Heizvorrichtungen und Kühlvorrichtungen auf die Umlaufleitungen erfolgt.
Es können nach der Erfindung zur Unterstützung der Regelwirkung noch zusätzliche
Drosselvorrichtungen benutzt werden, die zu diesem Zweck in diese Umlaufleitungen eingebaut
werden. Heiz-, Kühl- und Drosselvorrichtungen sind bei Elektrolyseuren, Kühlungen
auch bei Druckelektrolyseuren bereits früher zu den Zwecken benutzt worden, zu denen derartige Einrichtungen gemeinhin zu
dienen pflegen; dagegen ist es neu, bei Druckelektrolyseuren mit getrenntem Anolyt-
und Katolyt-Umlauf diese durch Beheizung, Kühlung oder Drosselung zu regeln.
Im Gegensatz zu der früheren Ausbildung derartiger Druckzersetzeranlagen, wo eine
gegenseitige Abstimmung der beiden Elektrolytumläufe meist gar nicht erst versucht worden
ist, kann durch die von dem Erfinder aufgezeigten Mittel eine äußerst feine Regelung
der Umläufe bewirkt werden. Diese technisch außerordentlich wertvolle Maßnahme hat aber zur Folge, daß nunmehr Störungen,
die auf die Elektrolytumläufe von den übrigen Teilen der Zersetzeranlage einwirken
können, sich ebenfalls bemerkbar machen können. Früher traten derartige Störungen
nicht in den Vordergrund, weil die Elektrolytumläufe selbst nicht störungsfrei waren, so
daß es gewissermaßen auf einige Störungen mehr oder weniger nicht ankam. Nachdem
aber gemäß der Erfindung die Aufgabe gelöst ist, die Elektrolytumläufe gegen Gleich-
gewichtsstörungen, die in den Umlauf en selbst auftreten, vollkommen zu sichern, sind, damit
sich die erzielten Vorteile voll auswirken können, zusätzliche Mittel sehr erwünscht,
um die Elektrolytumläufe gegen Störungen zu sichern, die von den in die Zersetzeranlage
eingebauten Hilfsvorrichtungen kommen können. Betrachtet man von diesem Gesichtspunkt aus eine in üblicher Weise gebaute
Zersetzeranlage, so findet man zunächst die Einrichtung, die zum Nachfüllen von Wasser dient. Man bediente sich hierzu auch
schon früher sogenannter Nachfüllflaschen, und zwar war es im allgemeinen üblich, zwei
derartige Nachfüllflasehen, -auf jeder Seite eine, anzuordnen. Um nun diese Nachfülleinrichtung
der von ihm gegebenen technischen Regel anzupassen, gibt der Erfinder die zusätzliche technische Regel, daß die
Nachfüllvorrichtung auf der Katolytseite so eingebaut sein soll, daß sie den oberen Flüssigkeitsspiegel
des Katolyt-Umlaufs konstant hält. Diese Anordnungsweise hat wesentliche
Vorteile für die Fernhaltung von Gleichgewichtsstörungen aus dem Elektrolytumlauf.
Das Wasser wird im Kathodenraum verbraucht, deshalb ist es vorteilhaft, gerade diesem Raum das Wasser zuzuführen. Das
Zuführen erfolgt mit Hilfe einer selbsttätigen Nachfüllvorrichtung, die ständig das verbrauchte
Wasser auch in den kleinsten Mengen abgibt, so daß sich der Flüssigkeitsspiegel
des Katolyt-Umlaufs nicht senken kann. Dies muß unter allen Umständen vermieden werden, weil auch nur eine kleine
Senkung eine Störung des Gleichgewichts im Umlauf und eine Verschlechterung der Gasreinheit
zur Folge haben würde.
Innerhalb der von dem Erfinder gestellten Aufgabe der vollständigen Ausschließung von
Umlaufstörungen in den Elektrolytumläufen ist es weiter erforderlich, die zwischen den
Zersetzern und die die erzeugten Gase ableitenden Teile der Anlage eingebaute Ausgleichsvorrichtung
so einzurichten, daß Rückwirkungen von Druckschwankungen in diesem
Teil der Anlage auf den Zersetzer ausgeschlossen werden. Die bisher verwendeten
Druckausgleichsvorrichtungen genügen hierfür keineswegs. Nach der Erfindung kann
dieser Zweck durch verschiedene Mittel erreicht werden.
Zunächst soll nach der Erfindung diese Ausgleichsvorrichtung aus einem oder zwei
hintereinandergeschalteten Ausgleichern bestehen, so daß eine Rückwirkung von Druckschwankungen
auf den Zersetzer zum mindesten verzögert wird, bis die zum Druckausgleich in der Gasableitung vorgesehene Regelvorrichtung
zur Wirkung kommen kann. Weiterhin sollen die Ausgleicher als Gleichdruckhalter ausgebildet sein, derart, daß an der
Übertrittsstelle des Gases aus der vom Zersetzer kommenden Gasleitung in das Ausgleichsgefäß
konstanter Druck herrscht.
Schließlich sollen nach der Erfindung Pendelniveaumeter oder ähnliche Vorrichtungen
in die Gasableitung eingebaut sein, die, von den Schwankungen der Flüssigkeitsspiegel
in den Gleichdruckhaltem beeinflußt, diese anzeigen oder in Regelungsimpulse umsetzen.
Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß zwar Schwankungen des Flüssigkeitsspiegels
auftreten, aber niemals auf den Zersetzer zurückwirken.
Die Maßnahmen, die gemäß der Erfindung zum Schutz gegen Rückwirkungen von Druckschwankungen
in dem die1 Gase ableitenden
Teil der Anlage auf die Zersetzerumläufe angeordnet werden können, sind hiermit noch
nicht erschöpft. So soll ferner nach der Erfindung die übliche Gasreinigungsvorrichtung
im Hochdruckteil der Anlage nach den Druckausgleichern untergebracht werden. Hierdurch
wird die Rückwirkung von Druck-Schwankungen in der Gasreinigungsvorrichtung· auf die Elektrolytumläufe des Zersetzers
ausgeschlossen.
Diese Anordnung verbürgt ferner gewisse Vorteile, z. B-. eine kleine Katalysatormenge,
da die Gasvolümen unter Druck kleiner, ihre Berührungszeit mit dem Katalysator auch deshalb
bei einer bestimmten Katalysatoroberfläche langer ist als bei der bisher üblichen
Anbringung des Reinigers nach dem Reglersystem und vor der Flaschenbatterie, wobei
der Reiniger unter verschiedenen Drücken arbeiten mußte, je nachdem die Flaschenbatterie
mehr oder weniger Druck besaß; das war für den Reinigerbetrieb erheblich ungünstiger;
er benötigt größeren Wärmeverbrauch und eine größere Katalysatormenge.
Diesem Reiniger soll ferner gemäß der Erfindung eine besondere Ausbildung gegeben
werden, indem er in einen Vorwärmer und den eigentlichen Reiniger unterteilt wird,
die so zusammenwirken, daß die Wärme der erhitzten und gereinigten Gase zum Vorwärmen
der zu den Reinigern fließenden Gase benutzt wird. Hierdurch kann eine bedeutende
Wärmeersparnis erzielt werden. Bei größeren Anlagen spielt der Wärmeverbrauch zum Erhitzen der Gase auf die durch den
Katalysator und die Endprodukte bedingte Temperatur eine große Rolle. Dieser Wärmeverbrauch
kann bei der Anordnung gemäß der Erfindung ganz oder zum großen Teil durch die im Reiniger durch Verbrennen und
Heizung erzeugte Wärme gedeckt werden.
Die Kette der Maßnahmen, die gemäß der Erfindung getroffen werden können, um
die Rückwirkungen von Druckschwankungen
in dem Gasabführungs- und Regelungssystem auf den Zersetzern und seine Elektrolytumläufe
zu verhindern, schließt eine zwischen die in die Gasableitung eingebaute Reglereinrichtung und den Zersetzer eingeschaltete
Reglersicherung, die auf der einen Seite (Anolyt- oder Katolytseite) auftretenden
Überdruck oder Unterdruck in eine Steigerung oder Minderung des Gesamtdrucks der
ίο Anlage selbsttätig umsetzt, einen zu großen Unterschied in den beiden Gasleitungen ausschließt
und eine Rückwirkung auf die Elektrolytumläufe des Zersetzers verhindert.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung schematisch
dargestellt.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt eine derartige Druckzersetzeranlage zunächst
ein stehend, geneigt oder liegend anao geordnetes Zersetzergefäß Z, das mit den beiden
Abscheidegefäßen A und A' durch Umlaufleitungen a-: a' in Verbindung steht. Hieran
schließen sich die Wäscher W und W zum Ausgleich geringer Differenzdrücke und die
Quecksilberausgleichsgefäße D< für größere Differenzdrücke, die von den Reinigeranlagen
oder S ammler einrichtungen herrühren können. Von dort gelangen die Gase in die Vorreiniger
V und V, die zugleich als Kondensatoren dienen, und die Reiniger R und R'.
Es folgen die Druckregler B und B' in Verbindung mit den Reglersicherungen C, C und
einem Gefäß G mit konstantem Druck, schließlich die Pendelniveaumeter P und P'.
Beim Betrieb der Anlage steigt das Gas oben aus dem Zersetzergefäß in den mit /. bezeichneten
Leitungen, gemischt mit dem mitgerissenen Elektrolyten, in die Abscheidegefäße A und A'. Von hier strömt der abgeschiedene
Elektrolyt durch die Umlaufleitungen a, a! zur unteren Seite des Zersetzers
zurück. Diese sind mit Kühleinrichtungen K und K!, Drosselventilen E, E' und Heizungen//
und H' ausgerüstet. Der Elektrolyt tritt von unten in den Zersetzer und damit in
die Zellen wieder ein. Der zwischen beiden Seiten etwa notwendige Elektrolytaustausch
kann z. B. an den unteren Enden der Rückläufe a, a! durch den Verbindungsweg u erfolgen
und mit Hilfe des Ventils X geregelt werden. Durch die Anbringung der Heizung
ist man in der Lage, einen Umlauf des Elektrolyten und eine für den elektrischen Vorgang
günstige Temperatur auch dann zu erzielen, wenn der Zersetzer nach längerer Ruhepause mit geringer Stromstärke allmählich
auf Druck gebracht werden- muß oder wenn, z. B. bei Belastungsschwankungen, er
längere Zeit mit geringer Stromstärke und somit mit geringerer elektrolytischer Wärme
laufen muß. Läuft der Zersetzer unter hoher Belastung, so daß genügend oder zuviel
Wärme durch den Prozeß selbst erzeugt wird, so ist man durch die Kühlung K. in der
Läge, den Zersetzer auf der richtigen Betriebstemperatur zu halten und gleichzeitig
den Umlauf den gesteigerten Betriebsverhältnissen entsprechend zu regeln.
Die Nachfüllung des verbrauchten Elektrolyten erfolgt selbsttätig aus der Nachfüllflasche
N auf der Wasserstoffseite, also auf der Seite, wo das Wasser auch tatsächlich
verbraucht wird, so daß der Katolytspiegel im Abscheidegefäß dauernd konstant
gehalten wird.
Die Gase werden weiter den als Wäscher und Ausgleichsgefäße dienenden Druckbehältern
W und W durch Zuleitungsröhren w, w' zugeführt, die bis zu einer Stelle y, y' über
dem Boden in die Behälter hinabreichen. Dort werden die Gase von den mitgerissenen
Elektrolytteilchen durch Emporschleudern durch Wasser, gereinigt. Gleichzeitig können
diese miteinander verbundenen Wäscher äußerst kleine Druckschwankungen in der weiteren Gasleitung durch ihr Verbindungsrohr ausgleichen, so daß sich wohl die Spiegelhöhen
innerhalb der Wäscher verschieben können, nicht aber eine Spiegelverschiebung in Abscheidegefäßen A und A', somit eine
Störung der Umläufe eintreten kann. Da die Wäscher mit Wasser gefüllt sind, sind
sie nur zur Ausgleichung geringer Druckschwankungen verwendbar.
Größere Druckschwankungen können durch die Druckausgleichsvorrichtung D aufgenommen
werden, in der in gleicher Weise wie bei den Wäschern statt Wassers Quecksilber verwendet
wird, das naturgemäß infolge seines größeren Gewichts in der Lage ist, auch
größere Druckschwankungen aufzufangen. Von hier gehen die Gase in die Vorwärmer V
und V und von dort in die Reiniger R und R', in denen die kleinen Verunreinigungen durch
Erhitzen in Anwesenheit von Katalysatoren zu Wasser verbrannt werden. Die erhitzten,
Wasserdampf enthaltenden Gase gehen durch die Vorwärmer zurück und geben im Gegenstrom
ihre Wärme an die zu den Reinigern fließenden Gase ab. Durch die damit verbundene
Abkühlung kondensiert der Wasserdampf.
Von hier gehen die Gase in die Reglersicherung B und B'. Diese besteht aus zwei
Druckgefäßen, die zu einem gewissen Teil mit Quecksilber gefüllt sind. Dieses Quecksilber .
steht durch eine Rohrleitung mit einem Druckgefäß G in Verbindung, von dem aus
ein Druckgas, z. B. Stickstoff, in Höhe des gewünschten Betriebsdrucks sowohl auf das
Quecksilber wie auf die andere Seite der Reglermembran in dem eigentlichen Reg-
ler C, C drückt. Die erzeugten Gase kommen
von dem Vorreiniger, gehen durch den oberen Teil der Reglersicherung tmd dann
weiter zu dem unteren Teil des Reglers. Übersteigt der Gasdruck im Zersetzer den
Druck des -von oben auf die Membran drükkenden
Gegengases, so wird die Membran nach oben ausweichen, das Membranventil an
der Unterseite des Reglers öffnen und das ίο Gas weiter in die Sammelleitung treten lassen.
Der Zweck der Reglersicheriing besteht nun darin, die Reglermembranen vor zu großen
Druckunterschieden zu sichern. Das Quecksilber in der Reglersicherung steht einerseits
unter dem Druck der Zersetzergase, andererseits unter dem Druck des Gases im Gefäß G (z. B. Stickstoff); somit gibt eine
Differenz der Quecksilberspiegel im Gefäß der Reglersicherung und in der anschließenden
Rohrleitung den Druckunterschied zwischen den beiden Membranseiten des Reglers an. In der Zeichnung ist z. B. auf der rechten
Seite kein Unterschied zwischen dem Druckgas von oben und dem Zersetzergas von unten auf die Membran des Reglers vorhanden,
denn die Flüssigkeitsspiegel in der Reglersicherung stehen auf beiden Seiten
gleich hoch. Dagegen hat auf der linken Seite der Zeichnung das Zersetzergas einen
Überdruck gegenüber dem die Membranen des Reglers belastenden Druckgas.
Die Höhen der Quecksilbersäulen in der Reglersicherung sind so bemessen, daß ein
die Membranen schädigender Druck nicht auftreten kann, da bei einem bestimmten Höchstdruck die Säulen entweder nach oben
oder unten Gas durchlassen. Sollte z. B. durch Verstopfen des rechten Reglerventils
das Gas sich stauen und die Membranen immer mehr belasten, so würde die Säule der Regler sicherung bei einer bestimmten
Höchstbelastung Gas nach oben durchströmen lassen. Die Folge davon ist, daß der Gesamtdruck
der Anlage steigt, ohne daß schädliehe Folgen für die Membranen des Reglers
und vor allem aber schädliche Druckunterschiede in den Gasleitungen und dadurch die
Gasreinheit schädigende Störungen der Umläufe stattfinden können. Ein anderes Beispiel
wäre, daß die Anlage nur unter geringer Belastung steht und auf der einen Seite starke
Undichtigkeiten aufgetreten sind. Die Reglersicherung läßt nun aus dem konstanten
Druckraum G Gas nach der undichten Seite
55, austreten. Die entsprechende Druckverminderung wird durch Abblasen des anderen Reglers
auf die andere Seite übertragen. Der Anlagedruck sinkt selbsttätig, ohne daß Rückschläge
auf die Zersetzerumläufe auftreten können.
Derartige Druckunterschiede in den bei
den Gasleitungen werden gemäß der Erfindung durch Pendelniveaumeter zur Anzeige
gebracht. Das Pendelniveaumeter ist ein schwenkbargelagerteskommunizierendes Rohr, 65
das zum Teil mit einer Flüssigkeit, z. B. Quecksilber, gefüllt ist. Entgegengesetzt der
durch verschiedene Gasdrücke erfolgenden Verschiebung der Flüssigkeit und demgemäß
des Schwerpunkts bewegt sich der Schwer- 70 punkt des Rohrsystems, und es erfolgt dementsprechend
ein Ausschlag der angebrachten Zeigervorrichtung. Die Zuführung des Druckgases
erfolgt durch Rohrspiralen oder Schläuche für hohen Druck. Diese sehr 75
empfindliche Einrichtung kann im übrigen dazu benutzt werden, bei Benutzung von motorisch
betriebenen Reglern das Ablassen der Gase aus dem Regler entsprechend den Ausschlägen
des Pendelniveaumeters selbsttätig 80 zu regeln.
Claims (9)
1. Einrichtung zur Regelung des Elektrolytumiaufs
bei Druckzersetzern mit getrenntem Anolyt- und Katolyt-Umlauf, dadurch
gekennzeichnet, daß die Umlaufregelung durch wechselweise Einwirkung von Heizvorrichtungen (H, H') und Kühlvorrichtungen
(K., K') auf die Umlaufleitungen
(a, a!) erfolgt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Umlaufleitungen (a, a') zur Unterstützung der
Regelwirkung zusätzliche Drosselvorrichtungen (E, £') eingebaut sind.
3. Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch 1 mit Elektrolytnachfüllvorrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß die Nachfüllvorrichtung (N) auf der Katolytseite
so eingebaut ist, daß sie den oberen Flüssigkeitsspiegel des Katolyt-Umlaufs
konstant hält.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, da-105
durch gekennzeichnet, daß die zwischen den Zersetzer (Z) und die die erzeugten
Gase ableitenden Teile der Anlage eingebaute Ausgleichsvorrichtung aus einem
oder zwei hintereinandergeschalteten Ausgleichern (D, U-, W1 W) besteht.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleicher
als Gleichdruckhalter ausgebildet sind, derart, daß an der Übertrittsstelle (y, y')
des Gases aus der Gasleitung (w, w') in
das Ausgleichergefäß konstanter Druck herrscht.
6. Einrichtung nach Anspruch 4 und 5, gekennzeichnet durch Pendelniveaumeter
(P, P') o. dgl., die, von den Schwankungen des Flüssigkeitsspiegels in den Gleich-
druckhaltern (D, Π, W, W) beeinflußt,
diese anzeigen oder in Regelungsimpulse umsetzen.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die übliche
Gasreinigungsvorrichtung (R, R', V, V) im Hochdruckteil der Anlage zweckmäßig
zwischen Gleichdruckhalter und Regler (C, C) eingebaut ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasreinigungsvorrichtung
in einen Vorwärmer und einen Reiniger unterteilt ist, die so zusammenwirken, daß die Wärme der erhitzten
und gereinigten Gase zum Vorwärmen der zu den Reinigern fließenden Gase benutzt wird.
9. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regler
(C, C) der Anlage eine Reglersicherung (B, B') vorgeschaltet ist, die auf der
einen Seite (Anolyt- oder Katolytseite) auftretenden Überdruck oder Unterdruck in eine Steigerung oder Minderung des
Gesamtdrucks der Anlage selbsttätig umsetzt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEH118472D DE509933C (de) | 1928-10-03 | 1928-10-03 | Einrichtung zur Regelung des Elektrolytumlaufs bei Druckzersetzern mit getrenntem Anolyt- und Katolyt-Umlauf |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEH118472D DE509933C (de) | 1928-10-03 | 1928-10-03 | Einrichtung zur Regelung des Elektrolytumlaufs bei Druckzersetzern mit getrenntem Anolyt- und Katolyt-Umlauf |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE509933C true DE509933C (de) | 1931-11-05 |
Family
ID=7173093
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEH118472D Expired DE509933C (de) | 1928-10-03 | 1928-10-03 | Einrichtung zur Regelung des Elektrolytumlaufs bei Druckzersetzern mit getrenntem Anolyt- und Katolyt-Umlauf |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE509933C (de) |
-
1928
- 1928-10-03 DE DEH118472D patent/DE509933C/de not_active Expired
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