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Elektrisch beheizter Durchlauferhitzer Die Erfindung bezieht sich auf elektrisch beheizte Durchlauferhitzer mit mehreren Heizelementen.
Die bekannten Durchlauferhitzer dieser Art dienen zur Erhitzung von als Wärmeträger benutzten, vorwiegend flüssigen Medien und werden beispielsweise in der chemischen Industrie verwendet, wobei sie entweder als in sich geschlossene Einheiten oder aber häufig auch als Heiz- und Kühlaggregate in Kombination mit einem zur zeitweiligen Kühlung des gleichen Wärmeträgers dienenden, von einem Kühlmedium durchströmten Wärmeaustauscher ausgeführt sind.
Diese Durchlauferhitzer, seien sie nun mit einem Wärmeaustauscher kombiniert oder nicht, sind prinzipiell derart eingerichtet, dass mehrere elektrische Heiz- elemente, voneinander mehr oder weniger distanziert, innerhalb eines topfartigen Gefässes angeordnet sind und von dem zu erhitzenden Medium, das an einer Stelle in diesen Topf eingeführt und an einer anderen aus ihm wieder abgeleitet wird, umspült werden.
Ein Nachteil dieser bekannten Apparate besteht darin, dass in dem topfartigen Gefäss ein vorbestimmter und begrenzter Strömungsweg, auf dem das zu erhitzende Medium den Aufheiztopf vom Eintritt bis zum Austritt in einer ausschliesslich erzwungenen Strömung durchfliesst, nicht vorhanden ist. Dies aber führt zu einer ungleichmässigen Wärmeübertragung an den Heizelementen, was nicht nur den Wärmeaustausch beeinträchtigt, sondern häufig auch dazu führt, dass das Wärmeträgermedium an den Stellen weniger intensiver Strömung infolge der dort zu hoch ansteigenden Temperatur der Heizelemente zumindest in seiner Qualität verschlechtert, wenn nicht gar zerstört wird, wie dies z.
B. bei dem in der chemischen Industrie häufig benutzten Thermoöl durch Verkoken des letzteren nicht selten eintritt. Da die Wärmeträgermedien vielfach recht teuer sind, wie z. B. gerade das zuvor erwähnte Termoöl, entsteht durch eine derartige Qualitätseinbusse oder gar Zerstörung des betreffenden Mediums ein ganz erheblicher Schaden.
Ein weiterer Nachteil des Fehlens einer erzwungenen Strömung im bekannten Aufheiztopf besteht darin, dass die Heizelemente an den Stellen weniger intensiver Strömung des zu erhitzenden Mediums infolge der dort wegen unzureichender Wärmeabgabe zu hoch ansteigenden Temperaturen leicht überlastet, d. h. rasch zerstört werden. Dies beruht im wesentlichen darauf, dass die Wärmedurch- gangszahl und damit das Mass des Wärmeaustauschs eine Funktion der Geschwindigkeit des an der Wärmeaustauschfläche entlangströmenden, an ihr aufzuheizenden Mediums ist, dieses sich jedoch im Aufheiztopf immer den Weg des geringsten Strömungswiderstandes sucht.
Ferner besteht ein Nachteil der bekannten elektrisch beheizten Durchlauferhitzer darin, dass manche Wärmeträgermedien dazu neigen, an den zu hoch erhitzten Partien der Heizelemente anzubacken, wodurch dort die Wärmedurchgangszahl herabgesetzt und somit die Beanspruchung der Heizelemente nunmehr noch grösser wird, so dass sie dort besonders rasch zerstört werden.
Zweck der Erfindung ist, die angeführten Nachteile zu beheben. Demgemäss betrifft die Erfindung einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer mit mehreren Heizelementen. Dieser Durchlauferhitzer ist gekennzeichnet durch einen, in ihm einen vorbestimmten erzwungenen Strömungsweg für das zu erhitzende Medium begrenzenden Leitkörper und auf dem Strömungsweg hintereinander angeordnete, in den Leitkörper hineinragende und mit den Heizelementen versehene Hohlkörper, die an den von ihnen durchsetzten Partien des Leitkörpers mit diesem gegen das zu erhitzende Medium dicht verbunden sind.
Eine bevorzugte Ausführung dieses Durchlauferhitzers kann darin bestehen, dass in gerade Rohrpartien einer Rohrschlange mit stabförmigen Heizelementen versehene gerade Rohrstücke eingesetzt und diese an den von ihnen durchsetzten Partien der Rohrschlange mit ihr verbunden sind.
Hierbei kann eine bevorzugte Ausführungsform darin bestehen, dass die geraden Rohrstücke auf der gleichen, den Eintritt und Austritt des zu erhitzenden
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Mediums aufweisenden Seite der Rohrschlange aus dieser herausragen.
Ferner kann eine bevorzugte Ausführungsform darin bestehen, dass die Rohrstücke an ihren innerhalb der Rohrschlange befindlichen Enden gegen das zu erhitzende Medium durch je einen Boden dicht abgeschlossen sind.
Eine weitere bevorzugte Ausführung des Durchlauferhitzers kann darin bestehen, dass die geraden Rohrstücke auch auf der der Ein- und Austrittsseite des zu erhitzenden Mediums gegenüberliegenden Seite der Rohrschlange aus dieser herausragen.
Hierbei kann eine bevorzugte Ausführungsform darin bestehen, dass die Rohrstücke auf der der Ein- und Austrittsseite des zu erhitzenden Mediums gegen- überliegenden Seite der Rohrschlange offen sind.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform kann darin bestehen, dass die Rohrstücke auf der der Ein- und Austrittsseite des zu erhitzenden Mediums gegen- überliegenden Seite der Rohrschlange durch je einen Boden geschlossen sind.
Ferner kann eine bevorzugte Ausführung des Durchlauferhitzers darin bestehen, dass auf die geraden Rohrstücke je eine schraubenlinienförmig gewundene Zusatzschlange aufgeschoben und diese mit ihren Enden aus der Rohrschlange herausgeführt ist.
Hierbei kann eine bevorzugte Ausführungsform darin bestehen, dass das System der als Kühlschlangen dienenden Zusatzschlangen mit einem durch einen Wärmefühler gesteuerten Sicherheitsschalter ausgerüstet und durch diesen bei einer vorbestimmten Höchsttemperatur des zu erhitzenden Mediums einschaltbar ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des elektrischen Durchlauferhitzers gemäss der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Durchlauferhitzer mit eingebauten Zusatzschlangen, in einer Seitenansicht, und Fig. 2 den Durchlauferhitzer der Fig. 1, in einer Draufsicht.
In Fig. 1 bildet eine Rohrschlange 1 einen Leit- körper für das zu erhitzende Medium, das durch einen Eintrittsstutzen E in die Rohrschlange 1 eingeführt und einen auf der gleichen Seite S1 der Rohrschlange 1 angeordneten Austrittsstutzen A von ihr abgeführt wird. In sämtliche gerade Rohrpartien 2 der Rohrschlange 1 sind gerade Rohrstücke 3 eingesetzt, die alle an der Seite S1 aus der Rohrschlange 1 herausragen und an den von ihnen durchsetzten Partien der Rohrschlange 1 mit dieser gegen das zu erhitzende Medium dicht verbunden sind.
Das in die erste, mit dem Eintrittsstutzen E versehene gerade Rohrpartie 2 eingesetzte Rohrstück 3 ist mit einem auf diese Rohrpartie aufgeschweissten, vom Rohrstück 3 durchsetzten Deckel 2a flüssigkeitsdicht verschweisst. Das in die letzte, mit dem Austrittsstutzen A verseherne gerade Rohrpartie 2 eingesetzte Rohrstück 3 ist in entsprechender Weise mit der Rohrschlange 1 flüssigkeitsdicht verschweisst, während die in die dazwischenliegenden, beiderseits an Rohrbogen 4 angeschlossenen,
geraden Rohrpartien 2' eingesetzten Rohrstückes 3 unmittelbar an den von ihnen durch- setzten Rohrbogen 4 flüssigkeitsdicht angeschweisst sind, wie dies in Fig. 1 ebenfalls angedeutet ist. Die Rohrstücke 3 sind an ihren innerhalb der Rohrschlange 1 befindlichen Enden durch je einen angeschweissten Boden 3a gegen das zu erhitzende Medium flüssigkeitsdicht abgeschlossen.
Somit kann das zu erhitzende Medium weder an den Stellen, wo die geraden Rohrstücke 3 die Rohrschlange 1 durchsetzen, aus ihr nach aussen entweichen noch in die geraden Rohrstücke 3 eindringen.
Alle geraden Rohrstücke 3 sind mit je einem in sie eingesetzten, stabförmigen Heizelement 5 versehen und an ihren aus der Rohrschlangen 1 herausragenden Enden offen, so dass dort die stabförmigen Heizelemente 5 in die Rohrstücke 3 eingeschoben bzw. aus diesen herausgezogen werden können.
Das zu erhitzende Medium tritt über den Eintrittsstutzen E in die Rohrschlange 1 ein und strömt dann auf dem durch sie vorbestimmten schlangenförmigen Strömungsweg zum Austrittsstutzen A hin, wobei es nacheinander die, jeweils in den geraden Rohrpartien 2 der Rohrschlange 1 angeordneten, durch die eingesetztem Heizelemente 5 erhitzten Rohrstücke 3 umspült.
Da die geraden Rohrstücke 3 koaxial zu den geraden Rohrpartien 2 der Rohrschlange 1 angeordnet sind, wird jeweils von der geraden Rohrpartie einerseits und dem geraden Rohrstücke 3 anderseits ein Durch- strömkanal K von ringförmigerm Querschnitt begrenzt, so dass ein vorbestimmter, allseitig begrenzter Strömungsweg für das zu erhitzende Medium vorhanden ist, auf dem dieses in einer ausschliesslich erzwungenen Strömung durch den gesamten Durchlauferhitzer strömt, wobei die auf diesem erzwungenen Strömungsweg hin- tereinander angeordneten, durch die Heizelemente 5 erhitzten Rohrstücke 3 von dem aufzuheizenden Medium alle vollständig,
gleichmässig und überall mit einer vorbestimmten Intensität und Strömungsgeschwindigkeit umspült werden.
Je eine schraubenlinienförmig gewundene Zusatzschlange 6 ist jeweils auf die geraden Rohrstücke 3 aufgeschoben und mit ihren Enden Er, und A6 aus der Rohrschlange 1 seitlich herausgeführt. Die Zusatzschlangen 6 können als Heiz- oder Kühlschlangen verwendet werden. Vielfach steht Dampf oder Heisswasser zur Verfügung, so dass die Möglichkeit besteht, die Heizleistung des Durchlauferhitzers zu erhöhen oder aber die von den Heizelementen 5 aufgenommene elektrische Leistung entsprechend zu reduzieren. Anderseits können die Zusatzschlangen 6 aber auch mit einem Kühlmedium, z. B. kaltem Wasser oder einem gasförmigen Kühlmedium, z.
B. Freon ( Frigen ) beschickt werden, wodurch dann das durch die Hauptrohrschlange 1 des Durchlauferhitzers zirkulierende Wärmeträgermedium zeitweilig auch abgekühlt werden kann, was vielfach in der Industrie erwünscht bzw. erforderlich ist.
Die Zusatzschlangen 6 erfüllen aber auch noch einen anderen Zweck. Infolge der schraubenlinienför- migen Windung der Zusatzschlange 6 wird dem jeweils in den geraden Rohrpartien 2 der Rohrschlange 1 durch den Ringkanal K strömenden Wärmeträgerme- dium ein zusätzlicher schraubenlinienartig gewundener Strömungsweg aufgezwungen, was den Wärmeaustausch zwischen den Heizelementen 5 und dem aufzuheizenden Wärmeträgermedium noch erhöht.
Die Praxis hat nämlich gezeigt, dass auch dann, wenn die Zusatzschlangen 6 in den durch die gerade Rohrpartie 2 bzw. 2' der Rohrschlange 1 einerseits und das gerade Rohrstück 3 anderseits gebildeten ringförmigen Strömungskanal K mit beiderseits reichlichem Spiel eingesetzt werden, gleichwohl das Wärmeträgermedium entlang den Schraubengängen der Zusatzschlange 6 strömt, d. h. praktisch nicht quer zu den Schraubenwindungen in gerader Rich-
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tung, parallel zur geraden Rohrpartie 2 bzw. 2' und zum geraden Rohrstück 3.
Durch die der eingangs schon erwähnten erzwungenen Strömung des Wärmeträgers überlagerte zusätzliche, erzwungene, schrauben- linienförmige Strömung wird aber eine besonders gute Wärmeübertragung gewährleistet.
Die Zusatzschlangen 6 können einander parallel oder in Serie geschaltet sein, wobei das sie durchströmende Heiz- bzw. Kühlmedium bei Serieschaltung vorzugsweise im Gegenstrom zum in der Hauptrohrschlange 1 zirkulierenden, aufzuheizenden bzw. abzukühlenden Wärmeträgermedium geführt wird.
In Fig. 1 ist mit gestrichelten Linien angedeutet, dass die geraden Rohrstücke 3 auch auf der der Ein- und Austrittsseite S1 der Rohrschlange 1 gegenüberliegenden Seite S2 aus der Rohrschlange 1 herausragen können. Hierbei können die Rohrstücke 3 am auf der Seite S2 herausragenden Ende ,entweder offen oder durch je einen Boden 3ä geschlossen sein.
Wenn die Rohrstücke 3 auf der Seite S2 offen sind, so können bei liegend angeordnetem Durchlauferhitzer von beiden Seiten S1 und S.2 her je ein Heizelement 5 in die beiderseits offenen Rohrstücke 3 eingesetzt werdenn.
Wenn aber die Rohrstücke 3 auf der Seite S2 durch je einen Boden 3a' geschlossen sind, so können bei stehend angeordnetem Durchlauferhitzer entsprechend längere Heizelemente als die auf dem Boden 3a ruhenden Huizelemente 5 von der Seite S1 her in die Rohrstücke 3 eingesetzt werden, die dann auf dem ausserhalb der Rohrschlange 1 befindlichen Boden 3a' ruhen.
Wenn die geraden Rohrstücke 3 noch innerhalb der Rohrschlange 1 enden, wie zuvor schon beschrieben und rechts in Fig. 1 dargestellt, dann können sie, insbesondeire in der Nähe ihrer freien Rohrenden, mit auf dem Umfang gleichmässig verteilt angeordneten angeschweissten Distanzstücken 3b versehen sein. Hierdurch wird insbesondere dann, wenn Zusatzschlangen 6 nicht vorgesehen sind, die gewünschte Distanzierung der Rohrstücke 3 über ihre ganze Länge von den sie umschliessenden geraden Rohrpartien 2 bzw. 2' der Rohrschlange 1 gewährleistet.
Am Austrittsstutzen A kann ein Thermometer und oder Wärmefühler, der einen elektrischen Heizregler für die Hcizdemente 5 steuert, vorgesehen sein. So kann beispielsw ise am Ende der letzten geraden Rohrpartie 2 ein etwas grösseres kastenartiges Endstück, an dem seitlich der Austrittsstutzen A angebracht ist, angeschweisst sein, durch dessen Deckel das in diese Rohrpartie 2 eingefetzte Rohrstück 3 flüssigkeitsdicht herausgeführt ist, während zwei seitlich neben dem Rohrstück 3 angeordnete, durch je einen Boden unten geschlossene Rohrstutzen durch den Deckel in den Innenraum des kastenartigen Endstückes hineinragen und zur Aufnahme des Thermometers bzw. Wärmefühlers dienen.
Eine Sicherheitsschaltung für den Durchlauferhitzer hat grosse Bedeutung, insbesondere für den Fall, dass die Unwälzpumpe, die, das Wärmeträgermedium durch den Durchlauferhitzer drückt, ausfällt und somit kein Wärmeträgermedium mehr durch den Durchlauferhitzer zirkuliert, so dass die Gefahr besteht, dass infolge der thermischen Trägheit der Heizelemente 5 eine unzulässig hohe Erhitzung des noch in der Rohrschlange 1 befindlichen, nunmehr aber stagnierenden Wärmeträgers, z. B. Öl oder Wasser, auftritt, so dass das Öl ver- kokt bzw. das Wasser verdampft.
Um diese Gefahr auszuschliessen, kann beispielsweise das System der als Kühlschlangen dienenden Zusatzschlangen 6 mit einem durch einen Wärmefühler gesteuerten Sicherheitsschalter ausgerüstet sein, wobei der letztere bei einer vorbestimmten Höchsttemperatur des zu erhitzenden Mediums die Zufuhr des Kühlmediums, z. B. kaltes Wasser oder Frigen , zu den Zusatzschlangen 6 einschaltet, wodurch dann das in der Rohrschlange 1 stehende Wärmeträgerme- dium gekühlt wird. Also auch im Hinblick auf die so gewährleistete Sicherheit ist das System der Zusatzschlangen von ganz erheblicher Bedeutung.
Der zuvor beschriebene elektrische Durchlauferhitzer hat den Vorteil, dass das Wärmeträgermedium auf einem vorbestimmten und begrenzten Strömungsweg in einer ausschliesslich erzwungenen Strömung durch den ganzen Apparat geführt wird, so dass einerseits ein besonders intensiver Wärmeaustausch mit hohem Wirkungsgrad der Wärmeübertragung erzielt und anderseits eine thermische überlastung der Heizelemente, wie auch eine Qualitätsminderung oder gar Zerstörung des Wärmeträgermediums vermieden wird.
Der erzielbare, besonders gute Wärmeaustausch beruht aber auch darauf, dass es dank der zuvor b; schriebenen Ausführung des Durchlauferhitzers nunmehr möglich ist, durch entsprechende Dimensionierung der lichten Weite der Rohrschlange und des Aussendurchmessers der geraden Rohrstücke ganz bestimmte, gewünschte; Strömungsgeschwindigkeiten an jeder Stelle des schlangenförmigen Strömungsweges in der Rohrschlange zu erreichen.
Dadurch, dass der Durchlauferhitzer sowohl durch Wahl der Windungszahl der Rohrschlange 1 in seiner Länge als auch durch Wahl der Länge ihrer geraden Rohrpartien 2 bzw. 2' in zwei zueinander senkrechten Hauptrichtungen in seinen Baumassen variiert werden kann, besteht eine gute Anpassungsmöglichkeit im Hinblick auf die jeweils in Frage kommenden Platzverhältnisse für die, Installation, wobei zugleich eine bemerkenswert einfache Serienfabrikation und Lagerhaltung gewährleistet wird.
Das vorteilhafte Prinzip des zuvor beschriebenen Durchlauferhitzers ist nicht an die Verwendung einer Rohrschlange als Leitkörper für das zu erhitzende Medium gebunden. So könnte der Leitkörper beispielsweise auch aus einem zellenartig zusammengebauten Kasten bestehen, innerhalb dessen das aufzuheizende Medium auf einem in seiner Grundform zwar ebenfalls schlangen- förmigen, aber eckig zickzackförmigen Strömungsweg ebenfalls in erzwungener Strömung durch die hintereinanderliegenden, jeweils mit Heizelementen versehe- nen prismaförmigen Zellen, geführt wird.
Allerdings ist die Verwendung einer Rohrschlange sowohl strö- mungs- als auch fertigungstechnisch besonders günstig.
Auch könnten die Heizelemente, statt in besondere, in die Rohrschlange hineinragende und mit ihr fest verbundene Rohrstücke, ohne Verwendung solcher Rohrstücke direkt in die Rohrschlange eingesetzt werden, wenn sie als Heizpatronen selbst schon entsprechend flüssigkeitsdicht ummantelt sind.
Solche Heiz- patronen können an ihrem oberen Ende mit einem mit Aussengewinde versehenen kurzen Kopf versehen sein, mittels dessen die Heizpatronen in entsprechende mit entsprechendem Innengewinde versehene Gewindestutzen, die flüssigkeitsdicht an den entsprechenden Stellen der Rohrschlange eingeschweisst sind, unter Beilage einer geeigneten Dichtungsscheibe fest und dicht eingeschraubt werden.
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Somit ist die Erfindung keineswegs an die in der Zeichnung dargestellten und zuvor im einzelnen beschriebenen Ausführungsformen gebunden, sondern die Einzelheiten können im Rahmen der Erfindung variiert werden.