KRALJEVINA JUGOSLAVIJA
UPRAVA ZA ZAŠTITU
Klasa 13 (5)
INDUSTRISKE SVOJINE
Izdan 15 maja 1933.
PATENTNI SPIS BR. 10037
Ing. Schirmer Anton, tehn. činovnik, Wien, Austrija.
Postupak i uredjaj za sprječavanje i oslcbadjanje inkrustacija u posudama, osobito
u parnim kotlovima i si.
Prijava od 12 februara 1932.	Važi od 1 oktobra 1932.
Traženo pravo prvenstva od 9 juna 1931 (Austrija).
Već su se predlagali mnogobrojni postupci, da se stijene metalnih posuda, osobito posuda za proizvadanje pare, pred-grijača, kondenzatora i kuhala zagrevanih električnim putem, zaštite od taioga kamena ili da se očiste od inkrustacija. Kod nekojih od ovih metoda radilo se je ili sa izoliranim elektrodama, koje su sizale u posudu, da bi se pomoću struje ei'ektroh-tičkim putem postiglo oslobađanje kotlov-nog kamena, a u nekojim slučajevima uz« postavilo se je zatvaranje struje kroz samu slijepu posude, koja se ima zaštititi, to jest vodila se je struja preko stijene posude ili se je stijena posude jednopofno priključila na izvor struje. U svim tim slučajevima upotrijebila se je bilo istosmjerna struja, bilo koja od raznih vrsti izmjenične struje, ii'i se je radilo sa impulzima struje, koji su se izvađali izmjeničnim prekidanjem i zatvaranjem ili slabljenjem i pojačanjem kruga istosmjerne struje.
Sa svim ovim metodama, čiji su se elementi u nepoznavanju za konačnu svrhu mjerodavnih fizikalnih ili kemičkih pojava zapravo uvjek samo permutirali, postizavali su se u najboljem slučaju djelomični uspjesi, jer su doduše kadkada dijelovi stijena posude ostali čisti odnosno bivali o-čišćeni od inkrustacija, ah su drugi dijelovi pokazivali jednako ili dapače jače stvaranje kotlovnog kamena. Dosadanje metode, upravljene na elektroličko djelo-
vanje, imadu osim toga taj nedostatak, da oštećuju metal stijena posude.
Pronalazak se odnosi na takove postupke za spriječavanje i oslobađanje taloga kotiovog kamena, kod kojih je između stijene posude, koja je ukopčana kao kato-da i unutarnje elektrode, koju oplakuje sa-držina posude, umetnut izvor struje, a pronalazak se u bitnosti sastoji u tome, da se povremenim prekidanjem dovoda struje i stvaranjem vanjskoga spoja struje između stijene posude i unutarnje elektrode, periode polarizacije i depolarizacije međusobno izmjenjuju, da bi se inkrustacije elektrokemičnim djelovanjem polarižacijone struje oslobodile od stijene posude.
Nacrt prikazuje shematski uređaje na parnom kotlu za izvođenje novoga postupka.
Kotao K priključen je kao katoda, a jedna u kotlu izolirano smještena elektroda A kao anoda na (nenacrtan) izvor strsje. Kada je napetost ovoga izvora struje veća nego što ju treba uzeti za izvedbu postupka, onda se kotao K i unutrašnja e-i'ektroda A u sporednom spoju uključuju u otpor W, koji u zajednici sa regulacionim predotporom nazočnu napetost struje podrazdeljuje u omjeru prema napetosti uporabe. Između vodova L, i L2, koji vode ka kotlu i ka unutarnjoj elektrodi, predviđen je spojni vod V sa uključivačem S.
Na početku postupka namjesti se uklju-
Din. 15.
(
čivač S najprije tako, da vod V između vodova Ц i L„ bude prekinut, dočim su kot-lovna stijena K i unutarnja elektroda A u-ključene u izvor struje. Na kotlovnoj se stijeni izlučuje sloj vodika, čija koncentracija (gustoća) već prema upotrebljenoj napetosti struje i prevođenoj količini struje ma"o po malo raste. Od upotrebljene napetosti struje zavisi, kako je poznato, i to, da li se sloj vodika cdrješuje od kotlovne stijene, kada postigne stanovitu koncentraciju; stoga se već prema upotrebljenoj napetosti struje i prema trajanju prelaženja struje kotlovna stijena K sasvim ili djelomično polarizira.
Iza premještenja uključivača S, čime se kotao K i unutarnja elektroda A isključuju sa izvora struje, a uzpostavi spoj struje između vodova L, i L, preko spojnoga voda V, dolazi usljed polarizacije stvorena polarizacijona pr„tunapetost do djelovanja, pak šalje preko spojnoga voda Vjm-larizacijonu struju kroz kotlovnu stijenu, kotlovnu vodu i unutarnju elektrodu. Polarizacijona struja ima naravno protivni smjer od prijašnje poiarizirajuće struje, pak prouzrokuje djelomično reduciranje sloja vodika sa kotlovne stijene. Na kotlovnoj stijeni se rastapaju kationi vodika, koji se sa anionima radikala kiseline spajaju u molekii'e kiseline. Ove vodikove soli (kiseline), koje se pojavljuju u tragovima, sada djeluju na granici između kotlovne stijene i sloja kamena na ovaj potonji, pa malo pomalo izvršavaju njegovo oslobađanje sa kotlovne stijene. Polarizacijona struja malo pomalo jenjava, dok u krajnjem slučaju, koji se ali u praktičnoj izvedbi postupka ne mora postići, ne obrazuje na kotl’ovnoj stijeni i na unutarnoj elektrodi vodik jednake koncentracije. Budući da se samo maleni, kapacitetu polarizacije pomoćne elektrode A odgovarajući, dio za vrijeme pređašnje periode polarizacije na kotlovnoj stijeni tvorenog sloja vodika da reducirati polarizacijcnom strujom i to na onoj strani sloja vodika, koji ne nale-že na kotlovske stijene, to od inkrustacije već oslobođene metalne plohe ostaju pošteđene od kemičkog djelovanja.
Kako za periodu polarizacije tako i za periodu depolarizacije i za opisane kemič-ke učinke potrebno je stanovito vrijeme. Intervali, u kojima se periode međusobno izmjenjuju, ne smiju stoga biti premaleni. Trajanje perioda iznosi nekoliko sekunda do minuta i dapače sati, već. prema uzetoj napetosti struje, veličini posude i t. d. Ni-' kako se periode ne smiju uzimati tako kratko, kao u praksi običajnog broja perioda izmjenične struje. Naravno da pe-
riode polarizacije i depolarizacije mogu biti nejednako dugačke.
Izmjenično uključivanje kotla K i unutarnje elektrode A u krug struje izvora struje i zatvaranje depolarizacionog kruga struje vrši se pomoću uključivača S, koji se pogoni pomoću sata ili u vezi sa pomicanim dijelom jednoga stroja.
Može se desiti, da je na nekima sa in-krustacijama proviđenim djelovima kotlovne stijene dovod topline tako veiik, da se upari vanje vode zbiva već u kapilarnim hodnicima i porama kamenog sloja. U tom slučaju ostane spojna ploha između kotlovne stijene i kamenog sloja posve suha. Na ovim mjestima ne vrši se za vrijeme periode polarizacije prolaz struje i sabiranje iona vodika, pak stoga za vrijeme periode depolarizacije nema ni redukcije sloja vodika ni elektrokemičkog učinka. Da se i ovakova jako ugrijana i inkrusti-rana mjesta kotlovne stijene podvrgnu djelovanju novoga postupka, provađa se ovaj prema pronalasku ne samo za vremena pogona kotlovnog uređaja, već i za vremena l'oženja i hlađenja kotla ili i za vreme pogonskih pauza na pr. noću.
Za vreme periode polarizacije dovodi se kotlovna stijena i kotlovna voda, koji su jedno od drugoga rastavljeni slojem vodika, koji djeluje kao dielektrikum, na različiti električni potencial, jer se na unutarnjoj elektrodi A, na koju djeluje izluče-nj anion (kisik, klor i t. d.) ne može razviti stalni potencialni skok, to ovaj nestane na kotlovnoj stijeni. U kottovnoj vodi suspendirani djelovi tvari, od kojih nastaje kotlovni kamen, kada udu u na kotlovnoj stijeni tvoreni dielektrikum, bivaju odbijeni u dielektrikumu nastajućih elektrostatičnim poljem, čije je odbijanje tim veće, čim tvari iz kojih nastaje kotlovni kamen, usljed intermolekularnih pojava (trenje pod pritiskom) primaju stanovite količine negativnih naboja, pri čem se voda nabija pozitivno. Za one djelove tvari, iz kojih nastaje kotlovni kamen, a koje se nalaze na granici između kotlovne stijene i vode, biva naime, po Coulombovom zakonu, rezultirajuća komponenta sile, između djelova kamena i kotlovne stijene, manja od one između djelova kamena i (kotlovne stijene) vode, pa se stoga dobija rezultanta, odbijanja upravljena suprotno od kotlovne stijene.
Za vreme periode polarizacije djeluje prema tomu opisani postupak na mjesta kotla, na kojima nema kamena, kao zaštitni postupak protiv novih inkrustacija. Ovo djelovanje traje i za vreme periode
depolarizacije, postaje ali sa smanjivanjem poiarizacijone struje sve manje.
Na materije, iz kojih se tvori kotlovni kamen, djelujuće odbijanje je tim veće, čim je veći negativni naboj djelova za stvaranje kamena. Stoga može već prema kvaliteti kotlovne vode biti kod izvadanja električnog zaštitnog postupka shodno, da se u kotao dometnu po sebi indiferentne suspenzije, koje se spajaju sa tvcriocima kamena i imaju visoku sposobnost negativnog nabijanja, kao na pr. smole i smolaste tvari, ferihidroksid i aluminijski hidroksid i si.
Za djel vanje novoga postupka potrebno je stvaranje sloja vodika i sloja vodikovih iona na kotlovnoj stijeni. Svako odvajanje vcdikovog plina u obliku plinskih mjehurića, koji se oslobađaju i izdižu sa k tlovne stijene, suvišno je i dapače štetno, jer na onim mjestima, na kojima se oslobađaju djelovi vodika, biva djelovanje diei'ektrikuma manje, a stoga i elektro-statsko polje, koje odbija djelove, iz kojih se tvori kamen, slabije, te manjka i za slijedeću depolarizacijonu peri du za stvaranje tragova kiseline potrebni sloj vodika. Kako je poznato, dolazi do izlaženja vo-dikovog plina istom onda, kada je elektrodama dana napetost prešla stanovitu vrijednost.
Ako je kotlu dana napetost ispi d granice. označene u elektrotehnici »kao vrijednost prekomjernog napona vodika«, onda ostaje vodik na plohi elektrode, pak malo pomalo prima takovu koncentraciju (gustoću), da ova prekida prolaz struje, pak nastane potpuna polarizacija elektroda. Vrijednost prekomjernog napona vodika zavisna je ali, kako je poznato, od materijala, iz kojega se sastoji katoda, u nazočnom dakle slučaju stijena kotfa, kao i od drugih faktora, kao na pr. o kvaliteti kotlovne vode. Uvjek ali vrijednost prekomjernog napona vodika iznosi samo nekoliko stotinki volta. Ona iznosi za željezo oko 80—120 mV, za bakar oko 200 do 250 mV, za cinak oko 600—700 mV.
Stoga se kod izvedbe novoga postupka preporučuje, da se ne prekorači bitno vrijednost prekomjernog napona vodika, koja važi za materijal posude, naročito dakle za željezo. Kada napetost kotlu privođene struje ne prekoračuje vrijednosti prekomjernog napona vodika, onda se kotlovna stijena i kotlovna voda za vreme periode polarizacije nabijaju poput obloga kondenzatora na potencialni diferencijal, koji ne prekoračuje vrijednosti prekomjer-nog napona vodika. Sloj vodika, pošto dosegne koncentraciju, koja odgovada ovom
potencialnem diferencijalu, prekida pio-laz struje, tako da postupak do slijedeće periode depolarizacije biva bez struje, te istom na početku slijedeće periode polarizacije iziskuje dovod vanjske struje, da iza postignuća potpune koncentracije sloja vodika postane opet bez struje. Uporaba napetosti struje, koje ne prekoračuju vrijednosni prekomjernog napona vodika, stoga je najprobitačnija i za periode polarizacije (periode zaštite) i za periode depolarizacije (periode odriješenja). Više napetosti struje skraćuju doduše periode polarizacije, to jest nužno vrijeme za elek-trostatsko nabijanje kotla, ali prouzrokuju djelomično odriješenje sloja vodika.
Uporaba napetosti struje, koje ne prekoračuju nikako ili bar ne bitno, vrijednosti prekomjernog napona vodika pruža još i tu pogodnost, da se ne vrši trošenje unutarnje elektrode A, koje bi praktično dolazilo u obzir.
Stoga kod parnih strojeva može u kot-lovnu vodu sižuća pojna cijev R (fig. 2) služiti bez štete kao unutarnja elektroda, ako se poznatim načinom, pomoću izoii-rajućih prirubnica F i isto takovih vijča-nih spojeva, priključi na kotlovnu stijenu K.
Kod posude, čije stijene ne pokazuju ni-kakovih inkrustacija, zapravo su periode depolarizacije suvišne, te bi se novi postupak mogao upotrijebiti tim načinom, da se pomoću izvora struje, čija napetost ne prekoračuje vrijednosti prekomjernog napona vodika, vrši samo nabijanje, kao kod kondenzatora, do automatskog prekida struje slojem vodika i do potpune polarizacije katode. Takav čisto zaštitni postupak dolazi osobito u obzir kod posuda, koje ni na kom mjestu nijesu izvrgnute preveć intenzivnom grijanju, dakle kod kuhala, predgrijača i si. Kod parnih strojeva naprotiv, za koje je ovaj pronalazak u prvom redu namjenjen, bio bi zaštitni postupak, koji bi se sastojao samo iz e-lektrostatskog nabijanja kotlovne stijene i kotlovne vode skopčan sa opasnošću (nezgodom), da bi sloj pare, koji se stvara na najintenzivnije loženim mjestima, mogao spriječiti stvaranje (obrazovanje) sloja vodikovih iona, tako da bi se na ovim mjestima mogli pripeći komadići materije, iz koje nastaje kotlovni kamen. Stoga kod parnih strojeva dolazi u prvom redu u obzir postupak, koji se sastoji iz periode polarizacije i depolarizacije. Gustoće struje, koje se pri tom shodno uzimaju, iznašaju oko 5—10 mA po m2 ložne površine, a kao napon, koji ima da vlada uzimlje se zbroj napona između pripadajućeg preko-
mjernog napona za vodik i pada napona u vanjskom i unutarnjem strujnom krugu, prouzrokovanom ukupnom jakosti struje.
Patentni zahtjevi:
1.	Postupak za spriječavanje i oslobađanje inkrustacija koti'ovnog kamena električnim putem, kod kojega se između stijene posude, ukopčane kao katoda, i elektrode, oplakivane tekućinom u posudi, u-metne izvor struje, naznačen time, da se povremenim prekidanjem dovoda struje i stvaranjem spoja između stijene posude i unutarnje elektrode preko kruga zatvaranja međusobno izmjenjuju periode polarizacije i depolarizacije radi oslobađanja inkrustacija od stijene posude elektrokemič-kim djelovanjem polarizacijone struje.
2.	Oblik izvođenja postupka prema zahtjevu 1, naznačen tim, da za polarizaciju stijene posude i unutarnje elektrode upo-trebljena napetost struje ne prekoračuje nikako ili ne bitno vrijednost prekomjernog napona vodika, koja vrijedi za odnosni materijal posude (a iznosi nekoliko stotinki volta) da bi u periodama polarizacije bilo spriječeno nestajanje sloja vodika, koji se stvara na stijeni posude, odnosno da se ovo smanji.
3.	Oblik izvođenja postupka prema zahtjevu 2, samo za spriječavanje taloženja kotlovnog kamena, naznačen tim, da se s jedne strane stijena posude, koja se hoće zaštititi, a s druge strane sadržina posude nabiju na potencialni diferencijal, koji ne
prekoračuje vrijednost prekomjernog napona vodika, koja važi za dotični materijal posude tako, da sloj vodika, koji djeluje kao dielektrikum, iza potpune polarizacije vrši prekid struje.
4.	Postupak prema zahtjevu 1—3, osobito za parne strojeve, naznačen tim, da se električni učinak, na posudu vrši i u periodi smanjenog ili manjkajućeg djelovanja topline, t. j. u periodi loženja i hlađenja ili za vreme intervala u pogonu.
5.	Uređaj na posudama, kao parnim strojevima, kuhalima, predgrijačima i t. d. za izvedbu postupka prema zahtjevu 1 i 2, naznačen tim, da je stijena posude spojena sa unutarnjom elektrodom preko voda (V), u kojem je smješten uključivač (Si, primjerice sat za uključivanje.
6.	Uređaj na posudama, kao parnim strojevima, kuhalima, predgrijačima i si. za izvedbu postupka prema zahtjevu 1—4, naznačen tim, da se kod upotrebe izvora struje veće napetosti, djelomična napetost, koja ima da vlada u posudi, prema princf-pu dijeljenja napona otporom, uzima od djelomičnog otpora (W), koji premošćuje u porednom spoju stijene posude (K) i n-nutarnju elektrodu (A, R).
7.	Uređaj prema zahtjevu 5 i 6, kod parnih strojeva, naznačen tim, da pojna cijev (R), koja siže u ko.tlovnu vodu, služi kao anoda tim, što se inače poznatim načinom pomoću izolirajućih prirubnica i vijčanih spojeva priključi na kotlovnu stijenu (K).
Ad p a te ni' broj10037.