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Verfahren und Einrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten oder Gasen
Die Erfindung betrifft die Behandlung, insbesondere die Erhitzung von Flüssigkeiten oder Gasen.
Es ist bekannt, dass es im allgemeinen schwierig ist, Gase oder Flüssigkeiten zu erwärmen, da diese Medien eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit besitzen. Wenn der Strom dieser Medien nicht sehr turbulent ist, ist es schwer eine gleichmässige Erwärmung der Medien durch feste Körper zu erreichen, an denen die Medien vorbeigeleitet werden.
Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, die Heizkörper in Pulverform vorzusehen und sie derart in geeignete Behältnisse einzuschliessen, dass sie permeabel und porös bleiben. Dadurch wird der Strom des Mediums in eine grosse Anzahl sehr kleiner Kanäle verteilt und die Berührungsfläche der Heizkörper mit dem zu erwärmenden Medium ist ausserordentlich vergrössert. In der Praxis ergeben sich jedoch Schwierigkeiten bei der Verwendung von losen, d. h. unzusammenhängenden Materialien. Ohne näheres Eingehen auf Einzelheiten ist insbesondere zu erwähnen, dass die Materialien sehr leicht vom strömenden Medium mitgerissen werden, wobei die Bewegung einzelner Partikel im strömenden Medium zu einer allmählichen Änderung der Permeabilität und des elektrischen Leitungswiderstandes der Pulvermasse führt, usw.
Es ist daher Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten und Gasen zu schaffen, durch die die mit der Benützung unzusammenhängender Materialien verbundenen Schwierigkeiten vermieden sind.
Erfindungsgemäss besteht ein Verfahren zur Erhitzung einer Flüssigkeit oder eines Gases darin, dass die Flüssigkeit bzw. das Gas durch einen zusammenhängenden, permeablen Pulvermetallkörper geführt wird, dem Wärme zugeführt oder in dem Wärme erzeugt wird.
Durch pulvermetallurgische Verfahren ist es nunmehr möglich, einen zusammenhängenden permeablen metallischen Körper zu erhalten. Es ist ein zusammenhängender Körper, weil die einzelnen Pulverpartikel aneinandergesintert wurden und er ist permeabel, weil doch noch eine grosse Anzahl von Kanälen bleibt, die sich durch den ganzen Körper ziehen.
Die dem porösen Körper zugeführte oder in ihm erzeugte Wärme kann auf elektrischem Wege erzeugt werden.
Die Wärme wird in dem permeablen Körper vorzugsweise dadurch erzeugt, dass ein elektrischer Strom durch den Körper geleitet wird, wobei der elektrische Widerstand des Körpers eine Erwärmung des Körpers bewirkt.
Die Flüssigkeit oder das Gas kann unter einem regelbaren Druck durch den permeablen Körper geführt werden.
Eine Einrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens besteht aus einem zusammenhängenden permeablen Pulverkörper aus Metall oder einem andern elektrisch leitenden Material, der in einem Strömungsweg angeordnet ist, durch den eine Flüssigkeit oder ein Gas unter einem gegebenenfalls regelbaren Druck geführt wird, sowie aus Mitteln zum Anlegen einer elektrischen Spannung an den permeablen Körper, so dass in dem Körper Wärme erzeugt wird, die eine Erwärmung des durch den'Körper strömenden Mediums bewirkt.
In den beigefügten Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel darstellen, zeigt Fig. 1 in einem vertikalen Längsschnitt eine Einrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens und Fig. 2 einen Horizontalschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1.
Die in den Zeichnungen dargestellte Konstruktion kann z. B. zur Erhitzung eines Gases verwendet werden. Sie weist ein Gaseintrittsrohr 1 auf, das mit dem Innern einer oben und unten geschlossenen rechteckigen Aussenkammer 2 in Verbindung steht, die in der Seitenwand 3, welche der von dem Eintrittsrohr 1 durchsetzten Seitenwand 4 gegenüberliegt, ein Austrittsrohr 5 besitzt, das einen sich verjüngenden Teil 6 aufweist, der von einer oben offenen rechteckigen Innenkammer 7 herführt.
Die Innenkammer 7 wird aus mehreren Rahmen 8, 9 und 10 hergestellt, von denen der oberste Rahmen 8 an seinem oberen Ende einen Flansch 11, der mittlere Rahmen 9 an seinem oberen und unteren Ende je einen Flansch 12 bzw. 13 und der weiter unten ange-
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ordnete Rahmen 10 an seinem oberen und unteren
Ende je einen Flansch 14 bzw. 15 hat. Der zu dem Austrittsrohr 5 führende konvergierende Teil 6 hat an seinem oberen Ende einen Flansche.
Zwischen den Flanschen 11 und 12 sind zwei Isolierbeilagen 17 in Form von rechteckigen Ringen angeordnet, die aus einem Material bestehen, das ein gutes elektrisches Isolationsvermögen und eine hohe Wärmebeständigkeit besitzt, z. B. aus einem gepressten keramischen . Material oder aus geeigneten Faserstoffen.
Zwischen den Beilagen 17 ist ein rechteckiger zusammenhängender, permeabler Pulvermetallkörper 18 eingesetzt, der sich nach Art einer Trennwand quer durch die Innenkammer 7 erstreckt. Ein ähnlicher permeabler Körper 19 ist zwischen ähnlichen Beilagen 20 angeordnet, die zwischen den Flanschen 13 und 14 eingesetzt sind. Ein weiterer permeabler Körper 21 dieser Art befindet sich zwischen ähnlichen Beilagen 22, die zwischen den Flanschen 15 und 16 angeordnet sind. Die beiden Flansche jedes Paares sind durch im Abstand voneinander stehende Schrauben 30 miteinander verbunden.
Jeder der permeablen Körper 18, 19 und 21 steht an den den Seitenwänden 3 bzw. 4 der Aussenkammer 2 zugekehrten Seitenwänden 23 und 24 der Innenkammer 7 über die entsprechenden Flansche und Beilagen vor und jeder dieser vorstehenden Teile ist mit zwei Klemmen versehen, an denen je eine elektrische Zuleitung befestigt ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind sechs Zuleitungen 25 an der Seitenwand 24 und sechs Zuleitungen 26 an der Seitenwand 24 vorgesehen. Diese Zuleitungen sind zu Kabeln 27 und 28 zusammengefasst, die durch die Seitenwände 3 bzw. 4 der Aussenkammer 2 herausgeführt sind. Die Kabelausführungsöffnun- gen in den Seitenwänden 3 und 4 sind mit je einer isolierenden Hülse oder Auskleidung 29 versehen.
Ein unter einem regelbaren Druck stehendes Gas wird dem Eintrittsrohr 1 zugeführt und tritt in der Nähe des Bodens der Aussenkammer 2 in diese ein. Ein Gasaustritt aus der Aussenkammer ist nur über die Innenkammer 7 möglich.
Aus diesem Grunde steigt das Gas in der Aussenkammer 2 auf und tritt durch das offene obere Ende der Innenkammer 7 in diese ein. Der Druck, unter dem das Gas steht, bewirkt, dass es durch die Poren der permeablen Körper 18, 19, 21 hindurchund dann durch den Teil 6 und das Austrittsrohr 5 aus der Einrichtung austritt. An den Enden der permeablen Körper 18, 19 und 21 wird eine Spannung angelegt. Infolge des Widerstandes des Metalls, aus dem diese Körper hergestellt werden, wird in den permeablen Körpern Wärme erzeugt, die von dem durch diese Körper hindurchgepressten Gas aufgenommen wird. Dadurch wird das durch die Körper-M,- und 21 hindurchtretende Gas fortschreitend und einheitlich erhitzt.
Der Innenkammer 7 wird durch die Berührung des Gases ein Temperaturgefälle erteilt, wobei an ihrem unteren Ende eine höhere Temperatur vorhanden ist. Das in das Eintrittsrohr 1 ein- tretende Gas erfährt zunächst an dem unteren
Ende der Innenkammer 7 eine Vorerwärmung, die jedoch nur gering ist. Das in der Aussenkammer 2 aufsteigende Gas bewirkt, dass die vorstehenden Teile der porösen Körper relativ kühl sind, und trägt dadurch dazu bei, eine Überhitzung der Klemmen und Zuleitungen zu vermeiden.
In dem hier beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiel sind die permeablen Körper 18, 19 und 21 parallelgeschaltet ; sie könnten aber auch gegebenenfalls in Reihe geschaltet sein. Die Reihenschaltung hat jedoch den Nachteil, dass beim Bruch einer Zuleitung überhaupt keine Erhitzung des Gases mehr stattfindet, während bei einer Parallelschaltung die Erhitzung nur um jenen Betrag herabgesetzt wird, der dem von dem Bruch betroffenen permeablen Körper entspricht.
In dem hier beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei permeable Körper vorhanden, doch kann natürlich jede Anzahl von permeablen Körpern von eins aufwärts verwendet werden, je nach dem, wie es im Hinblick auf die zu erhitzenden Gasvolumen, die anwendbaren Gasdrücke und die an die permeablen Körper anzulegende Stromstärke als notwendig oder zweckmässig angesehen wird.
Die permeablen Körper 18, 19, 21 werden zweckmässig durch pulvermetallurgische Verfahren hergestellt. In einem typischen Beispiel waren sie je 76, 2mm breit und bestanden aus rostfreiem Stahl mit einer Stärke von 31, 75 mm und einem Widerstand von etwa 0, 13 Ohm ; an die Enden des Körpers wurde eine Spannung von etwa 44 V angelegt, wobei die Stromstärke etwa 340 A betrug, so dass in dem Körper eine Leistung von 15 kW bei einer Stromdichte von
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ein ähnlicher permeabler Körper aus rostfreiem Stahl in unbewegter Luft eine konstante Temperatur von etwa 800 C.
Die auf ein durch den permeablen Körper gepresstes Gas übertragene Wärmemenge kann durch eine geeignete Wahl der Stromstärke, des Druckes, mit dem das Gas durch die Poren des permeablen Körpers gepresst wird, der Porengrösse des permeablen Körpers und des Materials bzw. des elektrischen Widerstandes des permeablen Körpers beeinflusst werden. Die dem Gas zuzuführende Wärmemenge entspricht jeweils dem Produkt seiner spezifischen Wärme, der Massenströmung und der gewünschten Erwärmung.
Die hier beschriebene und dargestellte Einrichtung ist zur Elhitzung von Gasen bestimmt, kann aber auch zur Erhitzung von Flüssigkeiten nach dem genannten Verfahren angewendet werden.
Bei der Erhitzung von Flüssigkeiten können jedoch Schwierigkeiten durch Sieden der Flüssigkeit mit Gaserzeugung auftreten, weil die Erwärmung infolge des Siedens der Flüssigkeit oder durch das Freiwerden von in den Flüssigkeiten gelösten Gasen eine Gaserzeugung bewirken kann, die in der Kammer zur Entwicklung
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eines Gegendruckes führt, der die Poren der permeablen Körper sperrt.
Die Erhitzung von
Elektrolyten auf elektrischem Wege nach diesem
Verfahren kann zu Schwierigkeiten führen, weil der Strom nicht nur durch die permeablen
Körper, sondern auch bzw. vorzugsweise durch die Flüssigkeit geleitet wird, ferner weil eine
Gaserzeugung mit Entwicklung von Gegendruck und Porensperrung erfolgt, sowie infolge der Elektrolyse der Flüssigkeit, der Bildung von galvanischen Überzügen an den permeablen Körpern und/oder elektrischen Verbindungen, und der Korrosion besonders der elektrischen Anschlüsse, wobei kleine Teilchen losgelöst werden können. Die drei zuletzt genannten Erscheinungen können ebenfalls zur Sperrung der Poren der permeablen Körper führen.
Infolgedessen darf eine Erhitzung von Flüssigkeiten, insbesondere von Elektrolyten, nur mit niedrigen Stromdichten, relativ niedrigen oberen Temperaturgrenzen, relativ gasfreien Flüssigkeiten und unter besonderer Beachtung der genannten Schwierigkeiten erfolgen. Die Erhitzung von Nichtelektrolyten, z. B. zahlreichen organischen Flüssigkeiten, kann jedoch nach dem genannten Verfahren und unter Verwendung der beschriebenen und dargestellten Einrichtung erfolgen, wenn sie nicht bis in die Nähe ihres Siedepunktes erhitzt zu werden brauchen und Massnahmen gegen die Anwesenheit von in den Flüssigkeiten gelösten Gasen getroffen werden.
Bei Gasen und Flüssigkeiten ist eine Vorfiltrierung durch einen oder mehrere permeable Körper mit kleinerer Porengrösse als der des oder der zur Erhitzung verwendeten Porenkörper erwünscht, damit in den Gasen oder Flüssigkeiten enthaltene Feststoffe entfernt werden. Durch diese Massnahme wird die Verlegung der Poren in der Einrichtung verhindert oder herabgesetzt und wird ein häufiges Reinigen der Poren überflüssig.
Ein besonderer Vorteil des genannten Verfahrens besteht darin, dass es eine einheitliche und regelbare Erhitzung von Flüssigkeiten oder Gasen ermöglicht. Dies ist besonders vorteilhaft bei der Erhitzung von Gasen, die nach den bekannten Kontaktverfahren nicht einheitlich durchgeführt werden kann.
. Die Erfindung kann z. B. zur grosstechnischen Erhitzung von Nichtelektrolyten z. B. in der Erdölindustrie, ferner zur Erhitzung von Luft in Klimaanlagen für Haushalt und Industrie und zur grosstechnischen Erhitzung anderer Gase sowie vorbehaltlich der vorgenannten Ein- schränkungen betreffend Elektrolyten allgemein in oder im Zusammenhang mit mechanischen oder chemischen Verfahren angewendet werden, in dem eine Flüssigkeit oder ein Gas erhitzt werden soll. Das Verfahren hat den Vorteil, dass die
Flüssigkeit oder das Gas mit hohem Wirkungs- grad und hoher Einheitlichkeit erhitzt werden kann und die Erhitzung leicht regelbar ist. Dies wird durch die labyrinthartige Anordnung der
Durchlässe des zusammenhängenden permeablen Pulvermetallkörpers unterstützt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erhitzung einer Flüssigkeit oder eines Gases, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitkeit bzw. das Gas durch einen zusammenhängenden permeablen Pulvermetallkörper geführt wird, dem Wärme zugeführt oder in dem Wärme erzeugt wird.