DE1054191B - Niederfrequenz-Induktionsdurchflusserhitzer, insbesondere zur Erwaermung von Schweroelen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf einen Niederfrequenz - Induktionsdurchflußerhitzer, insbesondere zur Erwärmung von Schwerölen, mit mehreren, vorzugsweise zylindrischen, konzentrisch angeordneten Metall rohren, welche mehrere Durehflußräume, gegebenenfalls von ringförmigem Querschnitt, ergeben, und der eine konzentrisch zu diesen Rohren angeordnete wechselistromsgespeiste Primärspule aufweist. Die Erfindung bezweckt, eine mit gutem Wirkungsgrad arbeitende Bauweise solcher Erhitzer anzugeben, die eine vorteilhafte Temperaturstufung innerhalb der einzelnen Heizräume erlaubt und unter Vermeidung örtlicher Überhitzungen insgesamt hohe Erwärmungen der durch den Erhitzer geleiteten Flüssigkeit erlaubt. Es sind zahlreiche Vorschläge bekanntgeworden, um die induktive Erhitzung von Metallen zum Zwecke der Erwärmung von Flüssigkeilten auszunutzen. Grundsätzlich wird dabei so vorgegangen, daß eine stromdurehflossene Säule in der Nähe einer metallischen Gefäßwand angebracht wird, die sich dann durch induktiv erzeugte Wirbelströme erwärmt und ihre Wärme an das im Gefäß befindliche Medium abgibt. Zur Erhöhung dieses Effektes kann der magnetische Kreis eisengeschloS'Sen werden.

Die bekanntgewordenen Vorschläge benutzen im allgemeinen als Wärmeerzeuger eine eiserne Gefäßwand, die die Drahtwickking trägt, und schließen den magnetischen Kreis durch eiserne Bügel über der Wicklung.

Der Nachteil dieser Anordnung besteht im wesentlichen darin, daß die elektrischen und magnetischen Verhältnisse meistens Wandstärken verlangen, die in keinem Einklang mit der sonstigen Beanspruchung des Gefäßes stehen. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß der größte Teil der. umgesetzten Wärme nicht in der der Flüssigkeit zugewandten, sondern in der der Wicklung zugewandten Seite der Wand entstobt. Weiter ist die spezifische Heizleistung durch die Behälterabmessungen gegeben und meist dementsprechend hoch, was sich bei temperaturempfindlichen Flüssigkeiten, wie z. B. ölen, sehr nachteilig auswirken kann.

Eine andere Lösung, die Ringheizkörper benutzt, die samt der Spule in den· Kessel eingebaut sind, erhöht zwar die Heizfläche, hat aber den Nachteil, daß die Spulentemperatur höher ist als die Flüssigkeitstemperatur und somit verhältnismäßig hoch ist.

Um nun diese Nachteile zu vermeiden, wird bei einem Niederfrequenz-Induktionserhitzer, insbesondere zur Erwärmung von Schwerölen, mit mehreren konzentrisch angeordneten, durch Hysterese, Wirbelströme und insbesondere durch Kurzschlußstrom erhitzten Metalkoihren, welche mehrere Durchfluß räume ergeben, und mit konzentrisch dazu angeordneter Niederfrequenz-Induktionsdurchflußerhitzer,
insbesondere zur Erwärmung
von Schwerölen

Anmelder:

Unitherm österreichische Gesellschaft
für universelle Wärmetechnik m.b.H.,

Wien

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff ts» Dipl.-Ing. G. Puls. V" £>Λ Jf₁ γ. Pcf/j m flrtfyPatentanwälte
!5 München 9, Schweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität:
Österreich vom 24. April 1953

Dipl.-Ing, Fritz Lehrer, Wien,
ist als Erfinder genannt worden

"

weehselstromgespeiister Primärspule, erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Durchflußräume in radialer Richtung hintereinandergeschaltet sind, wobei die Zuflußöffnung am äußersten, die Abflußöffnung am innersten Durchflußraium angeordnet ist, und daß das der Primärspule näohstliegende Rohr an der Flüssigkeitserwärimung nur wenig teilnimmt, wozu es aus einem praktisch unmagnetischen Material hohen elektrischen Widerstandes besteht, wogegen alle übrigen, insgesamt den magnetischen Kern darstellenden Rohre untereinander allenfalls unterschiedliche elektrische und magnetische Eigenschaften und verschiedene Dicken aufweisen. Durch diese Maßnahmen wird nicht nur ein günstiger Wirkungsgrad und ein Kühlhalten der Spule erreicht, sondern auch eine Möglichkeit geschaffen, die Temperaturen der heizenden Flächen trotz insgesamt beträchtlich hohem spezifischem Wärmeübergang an keiner Stelle ein Maß annehmen zu lassen, welches für bestimmte Flüssigkeiten schädlich sein kann, beispielsweise bei Verwendung von Schweröl einer Schwerölfeuerung zu Crackerscheinungen führt, die schädlich sind, weil mit ihnen die Bildung fester Abscheidungen verbunden sein kann.

Bemerkt sei, daß derartige doppeltwirkende, konzentriisoh zueinander angeordnete Heizflächen in Induktionsdurehflußerhitaern an sich bekannt sind. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, bei elektrischen Flüssigkeitserhitzern mit Transformator, ringförmi-

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gem Flüssigkeitsgefäß und zylinderförmigen Kurzsöhlußringen solche Zylinder vorzusehen, welche keinen elektrischen Strom führen und darum an der Wärmentwicklumg nicht teilnehmen. Diese Zylinder hatten jedoch nur den Zweck, die Ausbildung eines Flüssigkeitsumlaufes zu begünstigen. An sich bekannt ist auch die Flüssigkeitsführung von außen nach innen, d. h. also die Anordnung der Zuflußöffnung außen und der Abflußöffnung innen, jedoch in Verbindung mit einem rein ohmisch beheizten Flüssigkeitserhitzer, für \vekhen außerdem ein spiralig verlaufender Heizraum vorgeschlagen wird, wobei der Heizkörper, ebenfalls in Spiralform, innerhalb dieses Heizraumes angeordnet ist. Die erfindungsgemäß verwendeten, konzentrisch ineinandergeschachtelten Rohre sind für Induktionsdurchflußerhitzer ebenfalls an sich bekannt, wurden aber bisher nicht in einer Weise verwendet, daß die einzelnen Ringräume zwangläufig, beginnend mit dem äußersten Ringraum, axial, insgesamt aber von außen nach innen durchströmt wurden, was den Vorteil mit sich bringt, daß die Temperatur von außen nach innen immer größer wird, d. h. der kühlste Ringraum der äußerste ist, was es erlaubt, besondere Wärmeisolierungen zu erübrigen, ohne daß man damit die Wirtschaftlichkeit des Betriebes beeinträchtigt. Während man diese Zylinder bisher entweder nur als Kurzsohluißringe oder nur zur Führung des Magnetflußes gebraucht hat, schlägt die Erfindung vor, die Erwärmung dieser Zylinder durch ein Zusammenwirken beider Möglichkeiten zu bewirken, wodurch die angestrebte, gleichmäßig von außen nach innen fortschreitende Erhitzung der Flüssigkeit, beispielsweise des schon genannten empfindlichen Heizöles, besser beherrscht wird und eine sehr befriedigende Wirtschaftlichkeit, sowohl was den Energieals auch was den Materialverbrauch anbelangt, gesichert ist.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung diene die Zeichnung.

Der als Beispiel gezeigte Induktionsdurchflußerhitzer ist ein mehr oder weniger zylindrisches Gebilde, in dessen Achse der magnetisch erregte Kernteil 1 liegt. Der magnetische Fluiß schließt sich über den außenliegenden Rückschluß 2. Die magnetische Erregung erfolgt durch die Spule 3, die auf dem an der Heizung nur wenig teilnehmenden Zwischenmantel 4 aufsitzt. Der Mantel 4 besteht aus wenig magnetischem oder überhaupt unmagneti schein Material. Dadurch wird erreicht, daß sich dieser der Spule am nächsten liegende Rohrteil nicht unzulässig hoch erwärmt, was einerseits die Gefahr örtlicher Überhitzungen bedingen würde, aber auch zur Folge hätte, daß die angestrebte stetige Zunahme der FlüS'Sigkeitstemperatur von außen nach innen gestört wäre. Den Kernteil 1 umgeben konzentrisch mit Zwischenräumen die rohrförmigen Heizflächen 5, die als im Kurzschluß befindliche Sekundärwicklungen des Systems, aber auch als magnetische Kernteile wirken können, falls dies erwünscht ist. Je nach WAl ihres Werkstoffes nahmen ferner auch die in ihnen mähr oder weniger wirksamen Wirbelströme an der Heizung teil. Die zu. erhitzende Flüssigkeit tritt bei 6 ein, durchfließt die zwischen den Heizflächen 5 liegenden Räume insgesamt von außen nach innen und fließt durch eine Bohrung im Kern bei 7 ab. Ein zweiter Flüssigkeitskreis, der bei 6 a eintritt und bei la austritt, bewegt sich durch den magnetischen Rückschluß 2. Der Einfachheit halber wird dar Durchflußerhitzer in der Regel jedoch ohne den zweiten Flüssigkeitskreis 6a-7a ausgeführt werden.

Es ist leicht einzusehen, daß die Heizfläche 4 vom gesamten magnetischen Fluß umschlungen ist und somit den Großteil der Wärmeerzeugung übernehmen würde, falls sie nicht, einem Merkmal der Erfindung entsprechend, aus hoohohmigem Material hergestellt wäre. Im gegenteiligen Fall würde sich die Wärmeentwicklung außerdem vorwiegend auf die Spule 3 auswirken. Die Heizfläche 4 muß auch deshalb aus unniagnetischem Material hergestellt sein, weil sonst der magnetische. Fluß sich gerade über diese Heizfläche 4 unerwünsdhterweise schließen Avürde, da sie aus mechanischen Gründen, insbesondere bei Druckduirchflußerhitzern, aus verhältnismäßig dickem Rohr hergestellt werden muß.

Die weiteren Heizflächen 1, 2 und 5 usw. werden durch Hysterese und Wirbelstrom entsprechend der aufgedrückten Induktion und durch Kurzschlußströme erwärmt, da sie einen Kurzschlußring um das Feld der nachfolgenden Rohre und des Kernes bilden.

Das jeweils nachfolgende Rohr ist von jenem Teil des Flusses, der durch die vorhergegangenen Rohre bereits abgeleitet wurde, nicht mehr umschlungen; daher ist die in ihm erzeugte EMK auch kleiner. Der Umfang ist kleiner und damit auch der Ohmsche Widerstand (bei gleichen Wandstärken). Es wird also auf diese verkleinerte Fläche eine geringere Wärmeleistung entfallen, so· daß die spezifische Belastung auf den einzelnen Flächen naibezu gleich groß sein wird.

Durch geeignete Bemessung der Stirnflächen ist es möglich, in diesen mehr oder weniger Wärme zu erzeugen. Diese Wärme kann dann für die Vorwärmung von nachgeschalteten Geräten, wie z. B. von Ventilen, Düsen usw., verwendet werden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Niederfrequenz - Induktionisdurchflußerhitzer, insbesondere zur Erwärmung von Schwerölen, mit mehreren konzentrisch angeordneten, durch Hysterese, Wirbelströme und insbesondere durch Kurzschluß st rom erhitzten Metallrohren, welche mehrere Durchfluß räume ergeben, und mit konzentrisch dazu angeordneter wechselstromgespeister Primärspule, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußräume in radialer Richtung hintereinandergeschaltet sind, wobei die Zuflußöffnung am äußersten, die Abflußöffnung am innersten Durchflußraum angeordnet ist, und da;ß das der Primärspule näcbstliegende Rohr (4) an der Flüssigkeitserwärmung nur wenig teilnimmt, wozu es aus einem praktisch unmagneti sehen Material hohen elektrischen Widerstandes besteht, wogegen alle übrigen, insgesamt den magnetischen Kern darstellenden Rohre untereinander allenfalls unterschiedliche elektrische und magnetische Eigenschaften und verschiedene Dicken aufweisen.

2. Erhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch außerhalb der Primärspule ein als magnetischer Rückschluß ausgeführter und als Kurzschluß- und Wirbelstromheizkörpcr ausgebildeter Rohrkörper vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 370 733, 661 890,
841 178;

schweizerische Patentschrift Nr. 101 971.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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