DE102008046471B4

DE102008046471B4 - Dampfgenerator

Info

Publication number: DE102008046471B4
Application number: DE200810046471
Authority: DE
Inventors: Hans-Ulrich Vogler; Josef Schubert
Original assignee: Vlm - Innovative Korrosionsprueftechnik Labortechnik und Dienstleistungen GmbH; Vlm Innovative Korrosionsprueftechnik Labortechnik und Dienstleistungen GmbH
Current assignee: Vlm - Innovative Korrosionsprueftechnik Labortechnik und Dienstleistungen GmbH; Vlm Innovative Korrosionsprueftechnik Labortechnik und Dienstleistungen GmbH
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2013-01-10
Anticipated expiration: 2028-09-10
Also published as: DE102008046471A1

Abstract

Dampfgenerator in einem Korrosionsprüfungsgerät, mit einem Wasserzulauf, einem Verdampfer mit einer elektrischen Widerstandsheizung und einem Dampfaustritt, wobei der Verdampfer aus einem Heizrohr besteht, welches einem Kern aus wärmeleitendem Material zugeordnet ist, in dem mindestens ein elektrisches, stabförmig ausgebildetes Heizelement koaxial zur Längsachse des Kerns in einer Längsbohrung angeordnet ist und der mit einer gewindeartigen umlaufenden Nut ausgestattet ist, in der das Heizrohr angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizrohr (3) von einem Klemmrohr (8) radial um den Kern (1) herum gespannt gehalten ist und das Klemmrohr (8) und die Stirnseiten des Kernes (1) von einer Wärmeisolierung (9) umgeben sind, die von dem Wasserzulauf (5), dem Dampfaustritt (6) und den elektrischen Versorgungsleitungen (11) durchtreten wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampfgenerator gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches, insbesondere zum Einsatz in einem Korrosionsprüfgerät.
Es ist eine Einrichtung zum Verdampfen von Wasser mittels elektrischer Beheizung bekannt, DE 10 2005 048 768 B4 , welche einen als Schale ausgebildeten Verdampfer aufweist, in dem durch bodenseitig angeordnete elektrische Heizelemente über eine Pumpe in die Schale eingeführtes Wasser verdampft wird.
Nachteilig an dieser Einrichtung sind ihre Größe und ihre Trägheit, sowie die nur grob zu steuernde Dampferzeugung.
Bekannt ist weiterhin eine Vorrichtung zum möglichst rückstandslosen Verdampfen von kleinsten Mengen flüssigen Brennstoffs, DE 19743087 A1 , die ein beheiztes Kapillarrohr aufweist, wobei diese Vorrichtung allerdings zur Optimierung von Verbrennungsprozessen, etwa in Ölöfen, eingesetzt wird. In der US 4480172 A ist ebenfalls ein Wärmetauscher beschrieben, allerdings zum gleichzeitigen Verdampfen von Wasser und Brennstoff, mit einem Kern mit schraubenförmigen Nuten, wobei auch hier der vergaste Brennstoff zur Verbrennung und das Wasser zur Erzeugung von überhitztem Wasserdampf verwandt wird, welches einem Verbrennungsprozess hinzugefügt wird. Auch die DE 19641702 C2 betrifft eine Vorrichtung zur Flüssigkeitserhitzung aus einem Fluidströmungskanal mit einer schraubenlinienförmigen Rillenstruktur, insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen. Des Weiteren ist ein Luftbefeuchter einer Warmluftheizung bekannt, US 6398196 B1 , dessen zu zerstäubendes Wasser vorgewärmt ist, um der erwärmten Heizungsluft nicht wieder Verdampfungswärme zu entziehen. Bei einer Nebelmaschine gemäß der US 7302170 B1 wird ein Nebelfluid ebenfalls durch ein spiralförmig um ein Heizelement gewickeltes Rohr verdampft, wobei hier nur der optische Effekt zählt, technische oder wirkungsgradspezifische Zielsetzungen oder klimatechnische Auswirkungen dabei aber eine vollkommen untergeordnete Rolle spielen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuartigen Dampfgenerator zur Verfügung zu stellen, der verhältnismäßig klein ausgebildet werden kann, der besonders präzise Wasserdampf in exakt regelbaren Mengen zur Verfügung stellen kann und der des Weiteren einen möglichst einfachen Aufbau besitzt.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen erfindungsgemäß aus den technischen Merkmalen des kennzeichnenden Teils des ersten Schutzanspruches.
Dadurch, dass der Dampfgenerator, welcher insbesondere in Korrosionsprüfgeräten zum Einsatz kommt, einen Verdampfer aufweist, der aus einem Heizrohr besteht, welches einen Kern aus wärmeleitendem Material zugeordnet ist, in dem mindestens ein elektrisches Heizelement angeordnet ist, lässt sich auf besonders einfacher Art und Weise ein kleiner Dampfgenerator zur Verfügung stellen, der die geforderte Leistung erbringt. Eine in seinen Wasserzulauf geförderte Menge zu verdampfenden Wassers verdampft spontan durch die von dem Kern auf das Heizrohr übertragene Wärme, woraufhin der so erzeugte Dampf den Dampfaustritt des Dampfgenerators aufgrund der erfolgten Volumenzunahme beschleunigt verlässt. Anders als bei dem bekannten Verdampfertopf kann hier über die große Rohroberfläche und die hohe im Kern gespeicherte Wärmeenergie in kürzester Zeit ein starker Wärmeübergang und damit ein schnelles Verdampfen von zugeführtem Wasser erfolgen.
Der Kern ist mit einer gewindeartig umlaufenden Nut versehen, deren Tiefe und Form etwa dem Durchmesser und der Form des Heizrohres entspricht, welches als Wendel in die gewindeartige Nut eingeschraubt ist. Diese Konstruktion schafft auf engstem Raum eine größtmögliche Wärmeübergangsfläche, wodurch sich der Wirkungsgrad des Dampfgenerators gegenüber dem bekannten Dampfgenerator deutlich steigern lässt.
Das Heizelement des Dampfgenerators ist in Stabform hergestellt, wobei es koaxial zur Längsachse des Kernes in eine darin eingebrachte Längsausnehmung eingesetzt ist, so dass der Kern vorteilhafter Weise in seiner gesamten Länge gleichmäßig erwärmt und auf dieser Temperatur gehalten werden kann.
Zur Fixierung des Heizrohres auf dem Kern wird das Heizrohr von einem radial um das Heizrohr und den Kern herum gespannten Klemmrohr gehalten, so dass auftretende Wärmedehnungen quasi spannungsfrei aufgenommen werden können. Das Klemmrohr schützt auch vor einer Wärmeabstrahlung des Heizrohres und der freien Oberfläche des Kerns an die Umgebung und überträgt des Weiteren die Kernwärme über eine direkte Wärmeleitung auch von außen auf das Heizrohr. Das Klemmrohr, wie auch die Stirnseiten des Kerns, sind von einer Wärmeisolierung umgeben, die nur von der Wasserzuleitung, dem Dampfaustritt und den elektrischen Versorgungsleitungen durchtreten wird, so dass keine Verlustwärme an die Umgebung des Dampfgenerators abgegeben wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich mit und in Kombination aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung besteht der Kern aus Aluminium, welches eine hohe Wärmekapazität und eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, so dass die zur Verdampfung erforderliche Energie kurzfristig aus dem Kern zur Verfügung gestellt werden kann, der über die Heizelemente auf einer in einem geringen Schwankungsbereich verbleibenden Betriebstemperatur um etwa 180°C bis 200°C gehalten werden kann.
Bei der Verwendung von drei Heizelementen sind diese koaxial zur Längsachse des Kernes und in gleichen Abständen zueinander in die darin eingebrachten Längsausnehmungen eingesetzt, so dass der Kern vorteilhafter Weise in seiner gesamten Länge noch gleichmäßiger erwärmt werden kann.
Hierzu ist vorteilhafter Weise ein ebenfalls stabförmig ausgeführter Temperaturfühler axial im Kern angeordnet, an dem ein extern zugeordneter Thermostat angeschlossen ist, der die gewünschte Arbeitstemperatur des Dampfgenerators in sehr engen Grenzen regelt.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Heizrohr aus Edelstahl, wobei im Wasserzulauf des Dampfgenerators ein Ventil für die portionsweise Einleitung von Wasser angeordnet ist, welches anschließend spontan verdampft und den Dampfaustritt beschleunigt verlässt, wobei Wasserzulauf, Verdampfer und Dampfaustritt aus einem einteiligen, entsprechend langem Edelstahlrohr gefertigt sind, was die Herstellung des Dampfgenerators sehr wirtschaftlich gestaltet.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine räumliche Explosionszeichnung des Dampfgenerators,
2 eine Seitenansicht des Dampfgenerators gemäß 1,
3 eine Seitenansicht des Dampfgenerators gemäß 2,
4 eine Draufsicht auf den Dampfgenerator gemäß den 2 und 3.
Der Dampfgenerator besteht im Wesentlichen aus einem Kern 1 aus Aluminium, in dem eine gewindeartige Nut 10 eingebracht ist, in die ein aufgewendeltes Heizrohr 3 aus Edelstahl eingeschraubt ist. Das Heizrohr 3 und der Kern 1 sind von einem Klemmrohr 8 umgeben, welches das Heizrohr 3 unter leichter Vorspannung an den Kern 1 angedrückt hält.
Koaxial zur Längsachse des Kerns 1 sind drei stabförmige Heizelemente 2 in entsprechende Bohrungen im Kern 1 eingeführt, ebenso wie ein axial angeordneter Temperaturfühler 4 im Kern 1 vorgesehen ist und alle Bauteile zusammen mit einer Wärmeisolierung 9 nach außen thermisch isoliert sind.
Das lange spiralförmige Heizrohr 3 bildet an seinem oberen Ende einen Wasserzulauf 5 und an seinem unteren Ende einen Dampfaustritt 6, die ebenso wie die elektrischen Versorgungsleitungen 11 und die elektrische Verbindung zu einem Thermostat 7 des Dampfgenerators die Wärmeisolierung 9 durchtreten. Der Thermostat 7 regelt die Arbeitstemperatur beispielsweise zwischen 180°C und 200°C.
Zur Dampferzeugung wird demineralisiertes Wasser aus einem Druckluftbefeuchter über eine Kapillare eines je nach Bedarf kurzeitig geöffneten Ventils in den Wasserzulauf 5 des aus Edelstahl bestehenden Heizrohres 3 geleitet. Dadurch verdampft das Wasser spontan. Der so erzeugte Dampf verlässt den Dampfaustritt 6 am unteren Ausgang des Rohres stark beschleunigt, von wo er ggf. über einen entsprechenden Schlauch weitergeführt wird.

Claims

Dampfgenerator in einem Korrosionsprüfungsgerät, mit einem Wasserzulauf, einem Verdampfer mit einer elektrischen Widerstandsheizung und einem Dampfaustritt, wobei der Verdampfer aus einem Heizrohr besteht, welches einem Kern aus wärmeleitendem Material zugeordnet ist, in dem mindestens ein elektrisches, stabförmig ausgebildetes Heizelement koaxial zur Längsachse des Kerns in einer Längsbohrung angeordnet ist und der mit einer gewindeartigen umlaufenden Nut ausgestattet ist, in der das Heizrohr angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizrohr (3) von einem Klemmrohr (8) radial um den Kern (1) herum gespannt gehalten ist und das Klemmrohr (8) und die Stirnseiten des Kernes (1) von einer Wärmeisolierung (9) umgeben sind, die von dem Wasserzulauf (5), dem Dampfaustritt (6) und den elektrischen Versorgungsleitungen (11) durchtreten wird.
Dampfgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (1) aus Aluminium gefertigt ist.
Dampfgenerator nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass drei Heizelemente (2) koaxial zur Längsachse des Kerns (1) in Längsbohrungen angeordnet sind.
Dampfgenerator nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturfühler (4) axial im Kern (1) angeordnet ist.
Dampfgenerator nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ihm ein Thermostat (7) zugeordnet ist, der die Arbeitstemperatur regelt.
Dampfgenerator nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizrohr (3) aus Edelstahl besteht.
Dampfgenerator nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Wasserzulauf (5) ein Ventil für die portionsweise Einleitung von flüssigem Wasser vorgeschaltet ist.