DE1615304C - Elektrischer Tauchheizkorper zum Auf heizen von Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Tauchheizkörper zum Aufheizen von Flüssigkeiten, bei welchem ein elektrischer Heizleiter in einer Quarzhülle angeordnet ist.

. Tauchheizkörper, welche durch die ihnen als elektrischer Strom zugeführte Energie erwärmt werden, sind seit langem als sogenannte Tauchsieder bekannt. Bei ihnen wird ein in einem Hüllrohr angeordneter elektrischer Heizleiter auf Rotglut erhitzt. Die ■ zugeführte Energie wird auf dem Wege der Wärmeleitung über das Hüllrohr und durch Konvektion fast vollständig · an die zu erwärmende Flüssigkeit abgegeben. .

Es sind auch Tauchheizkörper bekannt, bei denen die Heizleiter in eine U- oder spiralförmige Hülle aus Quarz lose eingesetzt oder in einer Füllmasse aus einem geeigneten elektrisch isolierenden Werkstoff, wie z. B. .Quarzgut, eingebettet sind. Bekannt sind auch Tauchheizkörper, bei denen der elektrische Heizleiter elektrisch isoliert in einem Metall-Hüllrohr eingebaut ist.

Bei all diesen bekannten Tauchheizkörpern wird das in die Flüssigkeit eintauchende Hüllrohr von der erhitzten Heizleiterwendel aufgeheizt und führt den größeren Teil der in Wärme umgewandelten zugeführten Energie auf dem Wege der Wärmeleitung und Konvektion der Flüssigkeit zu. Dies trifft auch zu für Tauchheizkörper mit einem Chrom-Nickel-Heizleiter, der lose in einem Quarzhüllrohr angeordnet ist und bis auf etwa 1000° C erhitzt wird.

Wegen der verhältnismäßig niedrigen Heizleiter-Temperatur, die im allgemeinen zwischen 600 und 1000° C beträgt, liegt der Emissionsschwerpunkt bei . diesen bekannten elektrischen Tauchheizkörpern im langwelligen Infrarotbereich. Wie bereits erwähnt, wird der größte Teil der Wärmemenge bei diesen Tauchheizkörpern auf dem Wege der Wärmeleitung und Konvektion an die Flüssigkeit abgegeben. Dies beruht darauf, daß die Hüllrohre die langwellige Infrarotstrahlung nicht hindurchlassen und auf Grund dessen eine hohe Oberflächen-Temperatur annehmen. Der Wärmeübergang vom Hüllrohr an die Flüssigkeit wird bei diesen elektrischen Tauchheizkörpern jedoch durch den temperaturabhängigen Siedeverzug an der Hüllrohroberfläche und durch die Ablagerung von Rückständen, wie beispielsweise Kesselstein, erschwert. Als Folge hiervon treten schädliche Wärmestauungen auf, wodurch die Lebensdauer solcher Tauchheizkörper vermindert wird. Es kann auch vorkommen, daß infolge solcher unerwünschter Wärmestauungen, insbesondere bei Glas- oder Quarzhüllrohren, das Hüllrohr platzt. Die pro Oberflächeneinheit des Hüllrohrs übertragbare Wärmemenge ist deshalb sehr begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Tauchheizkörper hoher Leistung und kleiner Abmessung zu schaffen durch weitgehende Verminderung der Ablagerungen (Kalk, Kesselstein) an der Oberfläche des Tauchheizkörpers.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die den auf etwa 2000° C erhitzten Heizleiter enthaltende Quarzhülle in einem Hüllgefäß aus durchsichtigem Quarzglas angeordnet ist, dessen Durchmesser wesentlich größer als der der Quarzhülle ist, und daß die Hüllgefäßoberfläche mit einer Leistung im Bereich von 10 bis 30 W/cm² belastet ist. Insbesondere soll der Durchmesser des Hüllgefäßes aus Quarzglas wenigstens das 3fache, vorzugsweise das 3- bis 6fache, des Durchmessers der Quarzhülle betragen. Insbesondere bewährt haben sich erfindungsgemäß ausgebildete Tauchheizkörper, bei denen die den erhitzten Heizleiter umschließende Quarzhülle und das diese Hülle umschließende Hüllgefäß aus durchsichtigem Quarzglas bestehen.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß bei den erfindungsgemäß ausgebildeten Infrarotstrahlern, deren Wärmestrahlung einen hohen Anteil an kurzwelligen Infrarotstrahlen mit Wellenlängen von etwa 0,6 bis 1,3 μΐη aufweist, der bei bekannten elektrischen Tauchheizkörpern auftretende Ansatz von Ablagerungsprodukten aus der zu erwärmenden Flüssigkeit, wie z. B. Mineralien oder Salze, weitgehend vermieden wird. Wird beispielsweise ein erfindungsgemäß ausgebildeter elektrischer Tauchheizkörper zum Aufheizen von Wasser benutzt, welches einen erheblichen Gehalt an Eisenkarbonat aufweist, so wurde festgestellt, daß gegenüber den bekannten elektrischen Tauchheizkörpern mit einfachem Quarzhüllrohr eine merkliche Ablagerung von Eisenkarbonat beim erfindungsgemäß ausgebildeten Tauchheizkörper erst nach etwa der doppelten Zeit auftritt. Bei der Aufheizung von Wasser mit geringem Eisenkarbonatgehalt mittels eines erfindungsgemäß ausgebildeten elektrischen Tauchheizkörpers bildet sich überraschenderweise kaum eine Ablagerungsschicht, vielmehr wurde beobachtet, daß ein feiner Gries oder eine Ausflockung entsteht, die auf dem Quarzglashüllgefäß keine festhaftende Ablagerung bildet. Dadurch, daß sich beim erfindungsgemäßen Tauchheizkörper, wie vorerwähnt, keine Ablagerungen bilden und somit auch die durch solche Ablagerungen bedingten Wärmestauungen vermieden werden, besitzt der erfindungsgemäße Tauchheizkörper eine wesentlich längere Lebensdauer als die bekannten elektrischen Tauchheizkörper mit in einer einfachen Quarzhülle angeordnetem elektrischem Heizleiter. Eine mögliche Erklärung für diesen außerordentlich überraschenden Effekt könnte darin bestehen, daß die Wärmestrahlung beim erfindungsgemäßen Tauchheizkörper auf Grund ihres hohen Anteils an kurzwelliger Infrarotstrahlung durch die innere Quarzhülle und das sie umschließende Hüllgefäß tief in die den Tauchheizkörper umgebende Flüssigkeit eindringt, so daß zumindest das Quarzglashüllgefäß relativ kühl bleibt. Außerdem können auf Grund der geringen wärmemäßigen Oberflächenbelastung der Hüllrohre die Abmessungen des erfindungsgemäßen Tauchheizkörpers klein gehalten werden im Vergleich zu einem bekannten Tauchheizkörper mit einfacher Quarzhülle unter der Voraussetzung gleicher Heizleistung.
Der auf etwa 2000° C erhitzte Heizleiter besteht üblicherweise aus Wolframdraht. Auch Tantal kann als Heizleiterwerkstoff verwendet werden. Die Erhitzung des Heizleiters auf etwa 2000° C bedingt, wie aus der Glühlampentechnik her bekannt, daß die τ den Heizleiter enthaltende Quarzhülle entweder evakuiert oder mit einem Schutzgas (Edelgas) gefüllt ist, um zu verhindern, daß der Heizleiter verbrennt oder allmählich zerstäubt. Dabei muß selbstverständlich das den Heizleiter umschließende Hüllrohr vakuum- bzw. gasdicht sein.

Die Verwendung eines Tauchheizkörpers mit Quarzhülle größeren Durchmessers ohne zusätzliches Hüllgefäß scheitert daran, daß die Herstellung vakuumdichter Quarzhüllen größeren Durchmessers tech-

Claims (1)

1. 3 4

   nisch nur mit sehr erheblichem Aufwand möglich ist, vorzugsweise feuchtigkeitsdicht in ein Hüllgefäß 6 wodurch schon allein wegen des dadurch bedingten aus durchsichtigem Quarzglas eingesetzt. Die Haltehohen Preises die Verwendung solcher Quarzhüllen rung der Quarzglashülle 1 erfolgt zweckmäßig mitfür Tauchheizkörper nicht in Frage kommt. Darüber tels des Verschlußstückes 5. Zwischen der Oberfläche hinaus wurde beobachtet, daß die Ablagerung von 5 der Quarzhülle 1 und der inneren Oberfläche des Kalk und dergleichen Rückstände auf einem Tauch- Hüllgefäßes 6 ist ein gewisser Abstand vorhanden, heizkörper mit einem Quarzhüllrohr größeren Durch- so daß sich die Quarzhülle 1 gegenüber dem Hüllmessers ohne zusätzliches Hüllgefäß erheblich stärker gefäß 6 frei ausdehnen kaiin. Das Hüllgefäß 6 besitzt und damit seine Bruchanfälligkeit wesentlich größer einen Durchmesser, der mindestens dreimal so groß ist als bei einem unter gleichen Bedingungen betrie- 10 ist wie der der Quarzhülle 1. In vorteilhafter Weise benen erfindungsgemäßen Tauchheizkörper. ist das Hüllgefäß 6 auf der Seite des elektrischen

   Überdies hat die erfindungsgemäße Tauchheiz- Anschlusses in Form eines Kegelschliffs 7 ausgebil-

   körper-Ausführung den Vorteil, daß beim Zerbre- det, so daß es leicht beispielsweise in eine Destillier-

   chen des Hüllgefäßes nicht unbedingt der von ihm blase mit passendem Öffnungskegel eingesetzt werden

   eingeschlossene Quarzstrahler zerbricht. Auch kann 15 kann.

   der im Hüllgefäß angeordnete Quarzstrahler in ein- . Der in F i g. 2 dargestellte Tauchheizkörper entfacher Weise ausgetauscht werden, wenn es ge- spricht im wesentlichen dem in Fig. 1 dargestellten wünscht wird oder notwendig werden sollte, z. B. bei Tauchheizkörper, jedoch mit dem Unterschied, daß Bruch des Heizleiters. Es ist dabei nicht notwendig, ' er keinen Kegelschliff 7 aufweist und der elektrische den ganzen Tauchheizkörper aus der Flüssigkeit ao Heizleiter 2 in den beiden Schenkeln der Qüarzherauszunehmen, vielmehr kann das Quarzglashüll- hülle 1 gewendelt ist.
   gefäß in der Flüssigkeit verbleiben. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Tauch-

   Die erfindungsgemäßen Tauchheizkörper eignen heizkörper mit in einem Quarzglashüllgefäß ange-

   sich nicht nur zum Aufheizen von Wasser oder zum ordneter Quarzhülle derart auszuführen, daß ein

   Einsatz in Destillieranlagen, sondern können mit 35 zweiseitiger Anschluß des Heizleiters 2 möglich ist.

   großem Vorteil auch in Säuredestillieranlagen oder In einem solchen Falle sind die beiden Enden des

   zum Aufheizen von Säurebädern benutzt werden, Quarzglashüllgefäßes mit einem Verschlußstück 5

   welche hoch erhitzt werden müssen. (Fig. 1 und 2) abgeschlossen.

   Bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Tauch- Bei dem in Fig. 3 schematisch dargestellten

   heizkörper mit einseitigem elektrischem Anschluß 30 Tauchheizkörper wird die Quarzhülle 1 gebildet aus

   ausgebildet, insbesondere in Stabform. Bei einem geraden Teilen 8 und einem gewundenen Teil 9. In

   stabförmig ausgebildeten Tauchheizkörper kann die den geraden Teilen 8 ist der Heizleiter 2 ungewendelt

   den elektrischen Heizleiter umschließende Quarz- und in dem gewundenen Teil 9 gewendelt. Das

   hülle die gleiche Form aufweisen wie das sie um- Quarzglashüllgefäß 6 besteht bei dem dargestellten

   schließende äußere Hüllgefäß aus Quarzglas. Bevor- 35 Tauchheizkörper aus einem langen zylindrischen

   zugt wird jedoch eine solche Ausbildung des Tauch- Teil 10, welcher mit einem topfförmigen Teil 11 ver-

   heizkörpers, bei welcher in ein einseitig geschlossenes schmolzen ist.

   Quarzglashüllgefäß eine U-förmige, den elektrischen Der in F i g. 4 schematisch dargestellte Tauchheiz-

   Heizleiter enthaltende Quarzhülle eingesetzt ist. körper unterscheidet sich von dem gemäß F i g. 3

   Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den 40 darin, daß der gewundene Teil 9 (Fig. 3) in Form

   Fig. 1 bis 4 dargestellt Weitere vorteilhafte Einzel- einer flachen Spirale ausgebildet ist.

   heiten sind diesen zu entnehmen. Es zeigt Die kolbenförmigen Tauchheizkörper gemäß den

   Fi g: 1 schematisch einen stabförmigen Tauchheiz- Fig. 3 und 4 werden mit Vorteil dort verwendet,

   körper mit einer U-förmigen Quarzhülle und nur in wo die Aufgabe vorliegt, durch kleine Oberflächen

   einem Schenkel gewendeltem elektrischem Heizleiter, 45 einer Flüssigkeit eine verhältnismäßig große Wärme-

   . F i g. 2 schematisch einen Tauchheizkörper mit menge zuzuführen.
   U-förmiger Quarzhülle und in beiden Schenkeln gewendeltem elektrischem Heizleiter,

   F i g. 3 schematisch einen Tauchheizkörper, bei

   welchem die Quarzhülle im kolbenförmigen Teil des 50 .

   Quarzglashüllgefäßes gewendelt ist, ' Patentansprüche:

   F i g. 4 schematisch einen Tauchheizkörper, bei ·
   welchem die Quarzglashülle im kolbenförmigen Teil

   des Quarzglashüllgefäßes in Form einer flachen 1. Elektrischer Tauchheizkörper zum AufSpirale ausgebildet ist. 55 heizen von Flüssigkeiten, bei welchem ein elek-

   Die Quarzglashülle 1 besteht aus durchsichtigem trischer Heizleiter in einer Quarzhülle angeordnet

   Quarzglas. Der Heizleiter2 ist in einem Schenkel der ist, dadurch gekennzeichnet, daß die

   U-förmigen Quarzglashülle gewendelt und wird mit- den auf etwa 2000° C erhitzten Heizleiter (2)

   tels geeigneter Halteeinrichtungen 15, wie beispiels- enthaltende Quarzhülle (1) in einem Hüllgefäß

   weise Stützscheibchen oder Stützfedern, gehaltert. 60 (6) aus durchsichtigem Quarzglas angeordnet ist,

   Der Heizleiter 2 besteht aus einem Wolframdraht. dessen Durchmesser wesentlich größer als der

   An Stelle des Wolframheizleiters kann auch ein der Quarzhülle ist, und daß die Hüllgefäßober-

   Heizleiter aus Tantal verwendet werden. Der Heiz- fläche mit einer Leistung im Bereich von 10 bis

   leiter ist an seinen Enden mit elektrischen An- 30 W/cm² belastet ist.

   Schlüssen 3 versehen, deren Zu- und Rückleitungen 4 65 2. Tauchheizkörper nach Anspruch 1, dadurch

   durch ein Abschlußstück 5 aus elektrisch isolieren- gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Quarz-

   dem Werkstoff hindurchgeführt sind. Die Quarz- glashüllgefäßes (6) wenigstens das 3fache des

   hülle 1 mit dem darin angeordneten Heizleiter 2 ist Durchmessers der Quarzhülle (1) beträgt.

   3. Tauchheizkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Quarzglashüllgefäß (6) einseitig geschlossen ist und eine U-förmig ausgebildete Quarzhülle (1) mit darin angeordnetem Heizleiter umschließt.

   4. Tauchheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Quarzglashüllgefäß (6) wenigstens an einem Ende einen Kegelschliff (7) aufweist.

   5. Tauchheizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

   ίο

   daß die den Heizleiter (2) enthaltende Quarzhülle (1) aus Quarzglas besteht.

   6. Tauchheizkörper nach Anspruch 1 mit einseitigem elektrischem Anschluß, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Quarzglashüllgefäß, welches aus einem topfförmigen Teil (11) mit angeschmolzenem Teil (10) besteht, eine einen elektrischen Heizleiter umschließende Quarzhülle (2) angeordnet ist, die einen gewundenen Teil (9, 12) besitzt, welcher von dem topfförmigen Teil (11) umschlossen ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen