DE1615455A1 - Heizelement fuer elektrische Kabeloefen zur Beheizung einer Gas- oder Fluessigkeitsstroemung - Google Patents
Heizelement fuer elektrische Kabeloefen zur Beheizung einer Gas- oder FluessigkeitsstroemungInfo
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Description
PatentanwaftS -v ,
Grßnecker u. Dr. Kinke/dey J ?61545|
München 22, Maximilianstr. 43
P 1587
13/Ot/Ha
13/Ot/Ha
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·
009823/0413
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
0ÖM23/04I3 -* ./.
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·
001123/04 83
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.
• ·■* r · BADORK31NAL
001123/0483
-5- . ■ - ■ ■
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»
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.
03*123/1*13
Des weiteren kann ββ gemäß der 2rf ladung sveofcmlßig
sein, einen Abstandsdr&ht nicht um all© Säbel«»
bahnest herumzuwickeln, iiondern nur um dl® Bahnent
%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 wirds 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.
ORlQfNAL
:1
. 0O»t23/t.4f3
1815455
Weit ire Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen
aus des folgenden Beschreibung von AiisfUhrungeb ei spielen
anhand der Zeichnung hervor. Darin zeigen:
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
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
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
Fig. 10 eine Jlachgruppe von Heilkabeln but tier stellung von
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 <
1815455
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 ·
0G9823/Q483
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«
009623/0483
»12-
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.
009823/0483
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
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)
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
009823/0483
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
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