DE1615455A1 - Heizelement fuer elektrische Kabeloefen zur Beheizung einer Gas- oder Fluessigkeitsstroemung - Google Patents

Description

PatentanwaftS -v ,

Grßnecker u. Dr. Kinke/dey J ?61545|

München 22, Maximilianstr. 43

P 1587
13/Ot/Ha

Ealdor Srederik Axel Topase, Vedbssk , Dänemark

Heiselement für elektrische Kabelöfen sur Beheizung einer Gas- oder Tlüssigkeltastr&Bung

WLe Erfindung betrifft ein Heiselament für einen elektrischen Eabelof en sur Beheizung einer Gas- oder Plüesigkttiteatrdiiung, inabesondere für Industriegas·, vie β.B₃ ein Götiisoh aus Wasserstoff und Stiokstoff für die £rzeusung von Asusoniak·

Eg ist bekannt, die Hedien für technologische Vorfahren in der Weise zu beheizen, daß sie durch einen Wärneauetausoher geführt werden, durch den ein HeIs-* nediutt entlang den gegenüberliegenden Selten der Wand eines Rohres geführt ist, das in Form einer Haarnadel, einer Wendel oder anderefeebogea sein kann· In vielen let es Jedoch praktischer, elektriaohe Heieeleaent·

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su verwenden» beispielsweise in Fällen, wo elektrischer Stroa su niedrigem Preis verfügbar 1st oder wenn die Be*· heisung *ur Inbetriebnahme auf kurs&istige Vorankündigung hin bereitetenen eoll. Wahrend die Üblichen Wärmeaustauscher, in denen «in strömendes Medium ale Warme spender benutet wird» au* irerniltniBmäßig kursen Hohren hergestellt werden mueaen, weil die τοη dem innerhalb des Hohree strßnenden. Medium aüfnenabare bsw» abgebbare £oergiemenge stark besonränkt ist, lcQnnen für den elektrischen Strom in elektrischen Ofen sehr lang· Leiter verwendet werden. Die Heiaelemente können dann einfach und mit geringem Baum aufwand ausgeführt werden ·

Elektrische Heizelemente mit Leitern, die durch keremieohe Isoliertrarrichtungen gehaltert sind, sind mit dem HeAhtail behaftet, dafi Oxydaunder und andere Verunreinigongen sieh unter dem Einfluß des elektrostatischen Veldia auf dem Isolator niederschlagen, so daß Kurs» Schlüsse hervorgerufen werden können, welche das Heizelement außer Betrieb su setsen vermögen· Ώα dies su vermeiden, sind in manchen lallen elektrische Heiselemente für die hier in Betracht kommenden Zwecke mit langen elektrischen Heiskabeln hergestellt worden, in welchen der Leiter ein Kupferdraht 1st, der von einem umgabenden, nicht stromführenden Mantel mittels eines isolierenden fullste-ffe isoliert ist, der in den meisten fällen aus

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einea geeigneten Hineraloxyd, beispielsweise Magnesiumaxyd besteht· Bei einer bekannten Ausführung solcher Kabelöfen besteht der Mantel entsprechend den jeweiligen technologischen Arbeitsbedingungen aus hochlegierten Stahl oder aus Inconel.

Sie obere Tenperaturgrenze beträgt etwa 800⁰G, wahrend hinalohtlloh des Drucks des Verfahrensaediuas praktisch keine Grenze gegeben 1st. Soweit ihre Isolierfähigkeit in Betracht kommt, werden die Kabel nicht von Verunreinigungen des Verfehrensgaaes beeinflußt· Sie Kabel können zur Beheizung flüssiger Medien ebenso wie gasförmiger Medien bonutzt werden. Sie können in großen längen hergestellt werden, beispielsweise bis

in, 400 ■ , und eie lassen sich scharf biegen. Außerdes sind sie für Spannungen bis zu 650V verwendbar, wobei die Ströme von der Queraohnitteflache dee Leiters abhingen, jedoch bei der praktischen Verwendung unter günstigen Umständen 100 A/um erreichen.

Bei bekannten Elementen dieser Art ist das Heiskabel haarnadel*örmig gebogen und in Bohren angeordnet, durch welche das Verfahrensmedium längs des Kabels strömt·

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Dl® vorliegende Erfindung befaßt sich jedoch mit der Konstruktion eines Heizelementes, bei welchem das Heizelement in einer kompakteren Form verwendbar ist, aber doch den Durchlaß des zu behei senden Mediums in solcher Weise ermöglicht, daß es mit den einseinen Bahnen des Kabels in Berührung kommt.

Zu diesem Zweck sieht die Erfindung hauptsächlich einen Heiskörper der obenerwähnten Art vor, der aus einem elektrischen Kabel mit einem Kupferleiter .besteht, welcher von einem metallischen, nicht elektrischen Strom führenden Hantel umgeben und von diesem mittels eines mineralischen Tülletoffee isoliert ist, ζ·Β· mittels eines Metalloids, wie Magnesiumoxyd. Der Heizkörper ist aus konzentrischen oder parallelen, zylindrischen, wendolförmigen bzw· epiraligen oder ebenen Lagen bzw· Schichten aufgebaut, in denen jede Bahn des Kabels parallel zu den benachbarten Bahnen verläuft, und es ist zu« Halten der Lagen bzw· Schichten in einer solchen Anordnung zueinander, daß der Durchlaß der gewünschten Strömung erfolgen kann, eine Einrichtung vorhanden, die aus Abstands element en besteht, welche nur die Kabel·* oberfläche der benachbarten Bahnen berührt, so daß sie gegeneinander abgestützt werden.

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Der angestrebte Zweck wird hierdurch erreicht, weil eine große Kabellänge zu einem kompakten Haiskörper solcher Form verarbeitet werden kann, daß er in einen Bohr of en einsetzbar 1st und den Durchlaß des hindurchströmenden Mediums in der Weise ermöglicht, daß es mit den einseinen Bahnen des Kabele in Innige Berührung gelangt. Um zu verhindern, daß das Medium außerhalb des Heizkörpers vorbeistromt, muß dieser genau in den Ofen eingepaßt sein, wobei die Süßeren !Bahnen des Kabels dicht neben der Wand des Ofens oder in Berührung damit liegen. Es 1st jedoch swefcaaßigev· Innerhalb der OX^emrandung eine zusätsliohe Wand aus donnere» Material anzuordnen, die solche Abmessungen fend eine solche Toxs hat, daß beim Bintetsen des Hei»· körpers innerhalb der Wand die Bußeren Kabelbahnen daran anliegen oder dicht benachbart verlaufen, wobei diese Wand mit a&r Of enwanäung an einem !Ende der letttesea verbunden ist« In gleicher Weise muß das Innere des Böhrenheizkörpers eingeführt werden, beispielsweise mit einem an einem Side verschlossenen Rohr· Diese Einfuhr- bsv. Fülleinrichtung kann dasu benutet werden, den Heizkörper au formen, und sie kann mit dem Heiskörper fest verbunden werden»

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Gemäß einer bevorzugten Außführungsforn der Erfindung bestehen die At Standeelemente aus zwischen den Kabelsohichten angeordneten Drähten, Bändern oder Ringen· äSolche Abstandselemente köinen eine Porm annehmen, dlt derjenigen der Kabelschichtan entspricht, und sie vermögen die Lage der Kabel gegeneinander festzulegen, insbesondere, wenn die Kabelbahnen einer folgenden Schicht soweit wie möglich in die Zwischenräume zwischen die einer vorhergehende α Lage angehörenden Kabelbahnen eingefügt werden. Die Abstandselemente sollten eine solche Dicke aufweisen, daß der gewünschte DurchlaV querschnitt für das strömende, zu beheizende Medium gewährleistet 1st.

Eine besonders geeignete Form von Abstandselementen besteht nach einer Ausführungsform der Erfindung aus wendelförmig um die Kabel gewickelten Drähten. Hierdurch erreicht man, daß die Abstandeelemente leicht ansubringen sind, wobei das Wickeln der Abstandsdrähte um die einzelnen Kabelbahnen herum während der Forming dee Kabels zur Bildung des betreffenden Pakets durchgeführt wird· Beispielsweise kann das Bewickeln des Abstandsdrahtes rund um das Kabel durchgeführt werden, während dieses Kabel gewickolt wird, wenn eine wendelföimige Schicht bzw. Lage hergestellt werden soll.

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Des weiteren kann ββ gemäß der 2rf ladung sveofcmlßig sein, einen Abstandsdr&ht nicht um all© Säbel«» bahnest herumzuwickeln, iiondern nur um dl® Bahnen_t %r®l©h# jede zweite Lage bEW. Schicht bilden« wird vermieden, daß die Abstandsdräht© gelangen und eo einen g>?8Ser«& Abetaad Bahnen als vorgesehen bedingen« ao dall die Vosm des Bakets ynregelsäßlg würde oder sein Aufbau su

Iss den bislang bekanntes HeisklSrpem °d«r in traoht kosuaenden Art hatten di© Eei@k&b®l stete feiaofecsa Qii@rschnitt <, In den meisten Fäll@n iet es je?

doch aöglich, ®ia© w©ü@ntlicla© verbseaerte M^meübes^ tragung au erzielen₉ wms* di® leiskaliol s@ gowalst werden, daß ihr Querschnitt ein ovaler wird_s ims b©·= sondere vorteilhaft ist, wenn sie in eoloher Heise an« geordnet werden, daß das Verfahrensmedium parallel sur lageren Achse des Kabel^uersehnitts strömte

Bei solchen AusfÜhrungsformen iat liehen Vorteil, daß di® in Betradsrfe sich w&lsen lassen, so daß eie dom ©rhaltan, welcher dee? optimalen wümfUbertragpmg den abgegebenen Bedingungen «ntsprieht.

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Weit ire Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus des folgenden Beschreibung von AiisfUhrungeb ei spielen anhand der Zeichnung hervor. Darin zeigen:

Fig. 1 in einem soheaatisohen Längsschnitt eine Aueführung

eines erfindungsgemäßen Kabelofens,

Pig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II aus Tig· 1» Fig« 5 und 4 vergrößerte Einzelheiten der Ausführungsform aus Pig· 1 und 2 in Schnitt ansicht, wobei 71g· 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV aus Fig. 3 darstellt,
Tig· 5 und 6 Sohnittansichten ähnlich Fig. 3 und 4, »Jedoch

mit einem Kabel von ovalem Querschnitt, Fig. 7 ein Kabel mit einer Ausführungeform dee Abstands-

elements,
Fig. 8 und 9 eine andere Außführungafortt eines Kabelofene

mit einer erfindungsgemlBen Halleinrichtung im Längs« biw. Querschnitt,
Fig. 10 eine Jlachgruppe von Heilkabeln but tier stellung von

Ofen gemäß Fig· 6 und 7»

Fig. 11, 12 und 15 verschiedene schematisohe Anordnungen des Heiskabels für die Ausführungsform gemäß Fig· β und 9»

Fig· 14 eine perspektivische Ansicht einer dritten Aua- * ffihrungsform eines Seiekabelpakets, wobei Hantel und Ofen mit gestrichelten Linien angedeutet sind, und 061823/0*13 BAD ORIGINAL <

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Tig· 15 ein Schema von Kabelbahnen, die wendelförmig

in koaxialen zylindrischen lagen gewickelt sind, so dafl die Säulen innerhall) benachbarter Lagen in entgegengesetzten Richtungen verlaufen«

In Tig« 1 bezeichnet die Bezugazahl 1 ein Kabelpaket, das die Form eines zylindrischen Rohres hat, welches im Inneren eines Behälters 2 angeordnet ist. und einen Rohrkern 4 aufweist, der an seiner Oberseite mittels eines Stopfens 5 verschlossen, am unteren Side Jedoch offen ist. Auf der Innenseite der zylindrischen Wand des Behälters 2 ist eine Wandauskleldung 6 vorhanden, die mit der Wandung des Behälters 2 am oberen Hade an einer Verbindungsstelle 7 verbunden ist·

Die einzelnen Bahnen β des Kabele haben die Form von Spiralwindungen, die in Tig· 2 der Einfachheit halber schematisoh als Kreise dargestellt sind·

Sie figuren 3 und 4 lasten den Aufbau des Xabelpakete 1 in seinen Einzelheiten erkennen· IMLe Kabelwindungen sind als Windungen einer Spule 9-13 angeordnet, die in Tig. 3 mit strichpunktierten Linien angedeutet ist, welche zylindrische oder ungefähr zylindrische Häohen durch die Achsen der Kabelbahnen hindurch darstellen·

-ΙΟ-Die Windungen oder Bahnen β einer folgenden lage bzw. Schicht 10 sind in dem Zwischenraum zwischen den Kabelbahnen der vorhergehenden Lage bzw. Schicht 9 angeordnet· Um die Ausbildung eines starken Magnetfeldes zu verhindern, ist das Kabel in der Weise gewiokelt, daß die Sichtung der Säulen je zweier aufeinanderfolgender Lagen bzw» Schichten der Stromrichtung in der anderen Säule entgegengesetzt gerichtet ist· Ih der dargestellten Ausfuhrungsform sind die zu Jeder zweiten Lage bzw· Schicht —10 und 12 in Fig. 3— gehörenden Bahnen mit einem Abstandsdreht 14 bewickelt bzw· gewindefSrmig belegt« Wird zu diesem Zweck ein geeigneter Durchmesser des Drahtes 14 gewählt, so wird der Aufbau des Pakets in solchem Ausmaß gelockert, daß das zu beheizende Medium wahrend seinem axialen Durchtritt durch das Paket über die Zwischenräume zwischen den Kabelbahnen einen vorgegebenen Strömungswiderstand erfährt· Die Wandauskleidung 6 ist in Fig. 5 gewellt, so daß die Kabelbahnen der äußeren Spulenlage bzw« Schicht 13 angepaßt sind und vermieden wird, daß das Medium dom Durchlaß zwischen den Kabelbahnen entlang der Wand ausweicht ·

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In den Figuren 5 und 6 ist die Anordnung des Kabele die gleiche «ie in den Figuren 3 und 4», doch 1st der Querschnitt des Kabels oval und die Bahnen sind in solcher Weise angeordnet, daß die Längsachse der Querschnitte parallel zur StrSmungsriehtung des Mediums steht·

Figur 7 zeigt eine andere Form der Einrichtung sum Balten der Kabelbahnen in vorgegebenem Abstand voneinander, wobei der Abstandsdreht 14 durch einen zylindrischen Kind oder Mppel 15 ersetzt ist, der rund um das Kabel 8 aufgesetzt werden kann«

In Fällen, in denen der Strömungswiderstand des Mediums durch den Kabelofen auf Werte herabgesetzt werden soll, die unterhalb derjenigen liegen, die mit einem Paket der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Art erzielter sind, können die Kabel au Flachgruppen bzw. Scheiben oder Platten 16 gebogen werden, wie das in Flg. IO dargestellt ist. Biese Flachgruppen können so angeordnet und geformt sein, daß sie ein Paket wie dasjenige bilden, das in den Figuren 8 und 9 durch die Bezugszahl 1 bezeichnet ist. Die Kabelbahnen 8 sind in ihrem Querschnitt in Fig. 9 1ώ Längsschnitt in Fig. gezeigt«

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den Figuren 11,12 und 13 eind verschiedene Anor. mngen geeeigt, in denen die Flachgruppe gewickelt werden kann« ao daS sie ein zylindrisches Kabelpaket bildet. In Mg. 11 ist die Wicklung spiralförmig, in Tig« 12 hat sie eine abgewandelte Spiralform und In Fig. 1? ist sie in Form von Zylindern angeordnet, in welchen die Sichtung des elektrischen Stroms bei jeder folgenden Lage bzw. Schicht umgekehrt ist·

Selbst in diesem Falle kann die Einrichtung zum Bialten der Bahnen im gewünschten gegenseitigen Abstand aus einer Bewicklung oder gewindefb*rmigen Belegung mit Abstandedraht wie in den Fig. 4-6 bestehen, doch ist eine andere Anordnung im Zusammenhang mit einigen Bahnen der Flachgruppe nach Fig· IO gezeigt, welche aus Drähten oder Bändern besteht, die mit gewissen Abständen zwischen den zylindrischen Lagen bsw. Schichten, wie in Fig« 11 gezeigt, eingefügt sind·

In Fig· 14- ist elr ziemlich kurzes Eeizkabelpaket von verhältnismäßig großen Durchmesser perspektivisch innerhalb eines Behälters dargestellt, dessen Umrisse mit gestrich/elten linien angedeutet sind. Eine Anzahl solcher Behälter können hintereinander oder parallel geschaltet werden.

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Baa aus einen Kabel gebildete Paket besteht aus

einem Wioklungsteil 20 mit einem Bohrkern 4, der an einem

ist Side in seiner Kitte verschlossen/und aus zwei Sohlelf ι

teilen 21,22 an seinen Enden·

BIe Wicklung ist ans zylindrischen Lagen bzw· Schichten von Kabeln aufgebaut, um welches ein Abstandsdraht gewiekelt ist, beispielsweise wie in den Figuren 3,4 und dargestellt· In jeder Lage bzw· Schloht sind die Windungen oder Kabelbahnen wendelförmig so dicht angeordnet, vie das der Abstandsdraht zuläßt· Ein Anschluß 23 führt von der ersten Windung der innersten Lage bzw· Schicht weg und setzt diese fort, wobei er die Wand des Behälters 1 mittels einer Isolierdurchführung 24 durchsetzt. Am

anderen Ende der innersten Lage bzw· Schicht ist eine flache Schleife gebildet, welche zusammen mit weiteren

Schleifen, die von den anderen Lagen bzw· Schichten aus-

21 gehen, eine flache Sohlelfenschicht/bildet. Jede Schleife beginnt an einer Lage bsw. Schicht und folgt den anderen Schleifen über eine Windung« wonach sie um einen Stützarm 25 herumgebogen wird, der radial von dem Bohrkern. 4 absteht· Bas Kabel ist nun fortgeführt zur Bildung der nächsten Lage bzw. Schicht, in welcher der elektrische Strom demgemäß in einer Richtung fließt, die entgegengesetzt derjenigen in der innersten Lage bzw· Schicht 1st·

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Auch diese folgende Schicht bzw» Lage 1st wendelförmig aufgebaut und ihre Bahnen verlaufen parallel su denen der innersten Schicht bezw« Lage ,Dementsprechend kann jede Bahn im Zwischenraum zwischen den Bahnen der innersten Schicht bzw· Lage verlaufen, so daß das Kabel an der abstandhaltenden Einrichtung anliegt, beispielsweise an dem das Kabel umgebenden Abstandsdraht · Zur Festlegung des Abstandes zwischen deriflachen Schleifeneinheit 21 und dem Ende des Wicklungsteile 20 können swei oder drei weitere radial abstehende Arme 25 vorgesehen sein· Ähnliche Schleifen sind am anderen Ende gebildet und in ähnlicher Weise angeordnet und abgestützt.

Pig. 15 selgt schematisoh eine Gruppe wendeiförmiger Windungen a und eine vorherige Gruppe b» Man sieht, daß durch Bildung einer Biegung Bund einer weiteren Biegung C an jedem Ende der Wicklung die Parallelität der Wicklungen sichergestellt wird, wobei der Strom in den Bahnen in entgegengesetzter Sichtung fließt ο Die Stromrichtung ist durch Pfeile veranschaulicht· Die Stromrichtung ist durch Pfeile veranschaulichte Die Biegungen B und 0 entsprechen den Schleif eneiaheiten 21, 22 in Fig· 14. Dort ist noch ein Anschluß 26 und eine Isolierdurchführung 27 am anderen Ende des Kabels vorgesehen«

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Sie Biegungen B und C können off eneiehtlioh auch ia Yieli'^ anderen Anordnungen uM Pormen v®rlianden sein« aia das in 7igur 15 dargestellt ist» 2>1@ g@i@£^t@

ist jedoob besonders aweofeaiSig, ü& sie

die dichte Packung der in Viefclungsteii Kabellängen nicht beeinträchtigt»

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Claims (4)

Patentansprüche

1. Elektrischer Heizkörper» bestehend ans einen elektrischen Säbel alt einen Kupferleiter, der vcn •ines nicht stromführenden aetallischen Mantel umgeben wd von diesen mittels eines Mineral! sehen füllstoffe isoliert ist» e.B. aittels eines Metalloxyds vie Hagneeiimoxyd, dadurch gekennseiohnet , daß der HelSkdrper aus konBentrisohen oder parallelen, sylindrisehen, wend#lf8rmigen bzw· spiraligen oder ebenen Lagen bsw* Schichten aufgebaut 1st, in denen jede Bahn des Kabels parallel su den benachbarten Bahnen verläuft, und daß sun Balten der Lagen bzw. Schichten in einer solchen Anordnung «ue inander, daß der Durchlaß der gewünschten Stroeung erfolgen kann, eine Einrichtung vorhanden ist, die ans Abstandeelementen besteht, welche nur die Kabeloberfl&ehe der benachbarten Bahnen berühren, so daß sie gegeneinander abgesttttet werden·

2. Heiskörper nach Anspruch 1, dadurch g e kennseiehnet , daß die Abstandeelenente aus in Schichten des labels angeordneten Drähten, Bindern oder

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Hingen bestehen·

3- Heizkörper nach Anspruch 2, dadu r oh ge kennseiehnet , daß die Abatandeeleatente aus wendelförmig um dae Kabel gewickelten Brihten bestellen·

4. Eeiekörper nach Anspruch 2,oder 3, dadureh gekennzeichnet _f daß die Abetandeelesente bsw· AbetandedvShte mir auf den F⁰ViOT engeozdnet sind» welche jede svelte lage bsv» Schicht bilden·

5· Bsläk&epev nach einem der Anegprüohe 1-4·, dadurch gekenneeiohnet , daß das Heiskabel ovalen ^ierschnltt beeltst und In solcher Welse angeordnet 1st« daß der Dorohlaß für die su beheieende Strosnng parflllel sur längeren Achse des Eabelquerschnitts verlauft·

Al

L e e r s e i t e