DE1765930C3 - Elektrisches Widerstandsheizelement zur Flüssigkeitserhitzung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Widerstandsheizelement zur Flüssigkeitserhitzung bestehend aus einem Anschlußkontakie tragenden porösen Widerstandskörper und einer Strömungsleitvorrichtung, die dafür sorgt, daß die zu erhitzende Flüssigkeit durch die Poren des Widerstandskörpers diffundiert.

Ein derartiges Widerstandsheizelement ist aus der US-PS 7 95 956 bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein solches Widerstandsheizelement derart auszubilden, daß bei seiner Verwendung zum Verdampfen von Flüssigkeit das Sieden der Flüssigkeit vor dem Eintritt in das Widerstandsheizelement verhindert wird. Die bei einem solchen vorzeitigen Sieden an der Oberfläche des Heizelementes entstehenden Dampfblasen sperren nämlich sonst die Poren des Widerstandskörpers und behindern die Diffusion der zu erhitzenden Flüssigkeit durch das Widerstandsheizelement.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von einem elektrischen Widerstandsheizelement der eingangs genannten Art vorgeschlagen, daß auf der Oberfläche des porösen Widerstandskörpers und im Kontakt mit diesem eine poröse wärmeleitende elektrisch isolierende Schicht angeordnet ist, derart, daß die zu erhitzende Flüssigkeit zunächst durch die Poren der elektrisch isolierenden Schicht und sodann durch die Poren des Widerstandskörpers diffundiert.

Die poröse isolierende Schicht verhindert das externe Sieden und sorgt für eine gleichmäßige Diffusion der Flüssigkeit durch das Heizelement.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Widcrstandsheizelement unterteilt in einen ersten Bereich niedriger Porosität und einen zweiten Bereich höherer Porosität, wobei die beiden Bereiche durch eine wärmeisolierende Zone getrennt sein können. Die beiden Bereiche können als Verdanipfungszorie und Überhitzungszone dienen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die poröse Schicht in Längsrichtung variable Porosität aufweisen, um eine gleichmäßige Flüssigkeitsdiffusion durch den porösen Körper zu gewährleisten.

Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung:

F i g. I und 2 zeigen Beispiele rohrförmiger Widerstandsheizelemente,

F i g. 3 zeigt eine Anordnung mit einem scheibenförmigen Widerstandsheizelement.

Das in F i g. 1 gezeigte Element weist einen hohlen porösen Widerstandskörper 30 auf, der zwischen zwei elektrischen Kontaktteilen 31, 32 eingeklemmt ist. Die Außenoberfläche des Körpers 30 ist mit einer Außenschicht 33 aus einem porösen wärmeleitenden elektrisch isolierenden Werkstoff, beispielsweise Aluminiumoxid (Tonerde), überzogen. In Betrieb wird das Aluminiumoxid durch Wärmeleitung vom Widerstandskörper erhitzt und das Strömungsmittel wird während des Durchgangs durch die Aluminiumoxidschicht vorerhitzt. Beim Erhitzen einer Flüssigkeit kann die vom Aluminiumoxid aufgenommene durch Leitung übertragene Wärmemenge so bemessen sein, daß sie die Flüssigkeit zum Sieden bringt oder verdampft und der Widerstandskörper als Überhitzer für die radial nach innen durch das Element strömende Flüssigkeit dient. Die Aluminiumoxidschicht kann aus einem dicht passenden Aluminiumoxidrohr bestehen oder aus einem Überzug, der auf das Widerstandsmaterial aufgebracht ist.

F i g. 2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Widerstandsheizelementes, welches zwei konzentrische poröse Widerstandskörper 40, 41 aus Widerstandsmaterial aufweist, die mit Abstand voneinander angeordnet sind, um einen ringförmigen Gasspalt 42 zwischen den Körpern auszubilden. Der Gasspalt 42 kann eine Stärke in der Größenordnung von 1 mm für Elemente von bis zu 3 cm Außendurchmesser aufweisen. Über der Außenoberfläche des äußeren Ringkörpers 40 ist eine Schicht 43 aus Aluminiumoxid vorgesehen. Der innere und äußere poröse Ringkörper 40 und 41 wirken als Überhitzungs- bzw. Verdampfungszone, während die Aluminiumoxidschicht als Vorwärmzone dient. In dem Ringkörper 40 kann Dampf erzeugt und in dem Ringkörper 41 vollständig getrocknet und möglicherweise überhitzt werden.

Der Ringkörper 40 kann eine niedrigere Porosität aufweisen, beispielsweise mit Poren von weniger als 10 Mikron Durchmesser, während der Ringkörper 41 höhere Porosität aufweisen kann, z. B. mit Poren von mindestens mit 50 Mikron Durchmessern.

Die Aluminiumoxidschicht auf dem Element verhindert das externe Sieden, d. h. das Sieden in dem das Element umschließenden Raum. Die Aluminiumoxidschicht hat zusätzlich den Vorteil, daß im Fall langer Elemente ein bequemes Verfahren zur Regulierung der Strömungsmittel-Flußgeschwindigkeit vorhanden ist, um im wesentlichen gleichförmige Diffusion durch das Element hindurch zu erhalten, denn die Porosität der Aluminiumoxidhülse kann entsprechend der Höhe des Elementes verändert werden, d. h. durch Verwendung einer Anzahl kurzer Hülsen mit sich ändernder Porosität, um das Widerstandselement gehäuseartig zu

umschließen und somit die durch die Elementenhöhe bewirkte Druckhöhe zu kompensieren.

Fig.3 zeigt eine abgewandelte Ausbildung, bei der ein oder mehrere Heizelemente 50 in einem Kanal 51 derart angeordnet sein können, daß ein durch den Kanal fließendes Strömungsmittel beim Hindurchdiffundieren durch ein Element erhitzt wird.

Die Heizelemente können als eine poröse Scheibe oder ein Stopfen ausgebildet sein, die in der Kanalbohrung angeordnet sind und von den Kanal wan- ι. den auf übjiche Weise elektrisch durch geeignete Abstandsstücke 52 isoliert sind und die mit der elektrischen Stromversorgung über Kontaktglieder 53 verbunden sind.

Die Widerstandselemente können auf verschiedene ι ^ Weise aufgebildet sein; beispielsweise können die Widerstandskörper aus porösem Kohlenstoff herausgearbeitet sein; die Körper können durch Zusammenbringen und Sintern metallischer Teilchen in die gewünschte Gestalt gebracht werden; ferner kann das Element eine _·. Vielzahl konzentrischer Rohre von porösem Aufbau aufweisen.

Bei Verwendung eines Ringelements von 10 cm Länge, 2,54 cm Außendurchmesser und 0,65 cm Innendurchmesser, welches aus einem Widerstandsmaterial von einer Porengröße von 40 bis 8G Mikron hergestellt wurde und wobei man eine Heizleistung von 1 Kilowatt pro cm Länge erzeugt, ist es möglich. Dampf bei einer Temperatur im Bereich von 100° bis 300" C zu erzeugen, wenn man Wasser unter Atmosphärendruck dem äußeren Gehäuse zuführt und den Dampf vom Mittelraum im Element abzieht. Eine Strömungsgeschwindigkeit bis zu lOcbm/sec hat sich als zufriedenstellend erwiesen und vorzugsweise wird die elektrische Versorgungsquelle auf annähernd 12 Volt gehalten.

Die Erfindung gestattet die billige Erzeugung gesättigten oder überhitzten Dampfes, beispielsweise zur Sterilisation oder Verdampfreinigungsverfahren. Wenn das Heizelement aus einem Werkstoff besteht, der nicht mit Wasser oder Dampf reagiert, so kann der Trockendampf zur Sterilisation von Nahrungsmitteln verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrisches Widerstandsheizelement zur Flüssigkeitserhitzung bestehend aus einem Anschlußkontakt tragenden porösen Widerstandskörper und einer Strömungsleitvorrichtung, die dafür sorgt, daß die zu erhitzende Flüssigkeit durch die Poren des Widerstandskörpers diffundiert, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche des porösen Widerstandskörpers (30, 40, 41) und im Kontakt mit diesem eine poröse wärmeleitende elektrisch isolierende Schicht (33,43) angeordnet ist, derart, daß die zu erhitzende Flüssigkeit zunächst durch die Poren der elektrisch isolierenden Schicht und sodann durch die Poren des Widerstandskörpers diffundiert

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Widerstandskörper einen ersten Bereich (40) niedriger Porosität und einen zweiten Bereich (41) höherer Porosität aufweist.

3. Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bereiche unterschiedlicher Porosität durch eine wärmeisolierende Zone (42) getrennt sind.

4. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht (33, 43) in Längsrichtung variable Porosität aufweist, um eine gleichmäßige Flüssigkeitsdiffusion durch den porösen Körper (40,41) zu gewährleisten.

5. Verwendung eines elektrischen Widerstandsheizelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Verdampfen einer Flüssigkeit.