DE19509772C1 - Elektrisch beheizter Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verdampfung von Flüssigkeiten in einem elektrisch beheizten Wärmetauscher mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Eine derartige Vorrichtung geht aus der US-2,086,140 hervor. Die bekannte Vorrichtung dient zum Verdampfen von Narkosemittel und besteht im wesentlichen aus einem schraubenförmig gebogenen Rohr, welches von einer temperaturgeregelten Heizvorrichtung umgeben ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird für die Erzeugung von Nebel nach dem Verdampferprinzip angewendet. Derartige Nebel werden beispielsweise zur Sichtbarmachung von Bewegungen von Luft, Gasen oder Dämpfen oder auch zur Verwendung in der Film- und Bühnentechnik genutzt. Die zu verdampfenden Flüssigkeiten bestehen hierbei üblicherweise aus einem Gemisch aus Alkoholen und Wasser. Dieses Gemisch wird mittels einer Pumpe durch einen zwischen 250 und 340°C temperierten Wärmetauscher gedrückt. Die austretenden Gase erzeugen dann durch Kondensation Nebel.

Aus den Druckschriften AT-152601 und DE-PS 7 10 187 sind elektrische Dampferzeuger oder Dampfüberhitzer zur Verdampfung von Flüssigkeiten bekanntgeworden, bei denen die Wandung des Wärmetauschers aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet ist und mit einer elektrischen Stromquelle zur direkten Beheizung verbunden ist.

Aus der DE-OS 19 09 661 ist die Anordnung eines mit Wechselstrom gespeisten Heizrohres mit dazugehöriger Meßanordnung für abnormale Zustände, wie Isolationsfehler oder unzulässige Temperaturüberschreitungen, bekannt, wobei das Rohr selbst als Heizwiderstand dient. Die Stromversorgung und das zu beheizende Rohr sind in hintereinanderliegende Segmente aufgeteilt, wobei die Rohrabschnitte aus demselben Material bestehen. Mittels Überwachung der Stromverhältnisse über Stromwandler und Strommesser können abnormale Temperaturerhöhungen durch die Änderung des elektrischen Widerstandes der Heizungsabschnitte festgestellt werden.

Nach der DE 32 32 169 A1 ist zwischen einem Heizwiderstand und einer Stromquelle ein Meßwiderstand mit einer parallel geschalteten Auswerteelektronik angeordnet und der Ausgang der Auswerteelektronik auf ein Leistungstellglied geschaltet, wodurch die Heizstromzufuhr geregelt wird.

Die üblichen Wärmetauscher sind wie folgt aufgebaut:
Mittels einer Widerstandsheizung (Heizpatrone, Rohrheizkörper) wird eine wärmespeichernde Masse (Eisen, Aluminium, Kupfer), in oder an der sich die die zu verdampfenden Flüssigkeiten führenden Kanäle befinden, aufgeheizt. Die Wärmetauscher werden permanent auf Verdampfungstemperatur gehalten, was eine kontinuierliche Wärmezufuhr erfordert. Zur Verringerung dieser Wärmeverluste werden die Wärmetauscher mit Dämmaterial (Mineralwolle, Keramikwolle) isoliert. Insgesamt ist das Verhältnis Wärmekapazität zur verfügbaren Heizleistung groß, woraus sich Aufheizzeiten von fünf bis 20 Minuten ergeben. Die räumlichen Ausmaße eines wärmeisolierten Wärmetauschers liegen zwischen 800 Milliliter und mehreren Litern. Das Gewicht liegt zwischen 400 Gramm und einigen Kilogramm.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Verdampfung von Flüssigkeiten mit einer optimalen Anordnung von Heiz- und Meßwiderstand bei durch unmittelbare Widerstandserwärmung beheizten Wärmetauschern anzugeben.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der Anspruch 2 umfaßt eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Anspruch 1.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine kompakte Vorrichtung zur Verdampfung von Flüssigkeiten zur Verfügung gestellt wird, die ein schnelles Beheizen unmittelbar für den Gebrauch ermöglicht, wobei ein einfacher und energetisch günstiger Aufbau bereitgestellt wird.

Dieses ist für einen mobilen Einsatz, also für netzunabhängigen Betrieb, eine günstige Voraussetzung. Die kompakte Bauweise ermöglicht eine drastische Einsparung von Gewicht und Volumen, so daß dadurch neue Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Miniaturisierung von Nebelmaschinen und deren direktes Einbringen in Prüffelder oder schwer zugängliche Anwendungsorte praktikabel wird.

Kerngedanke der Erfindung ist die direkte elektrische Beheizung des Wärmetauschers, wobei mindestens ein Abschnitt des Wärmetauschers selbst als Meßsensor für seine Temperatur dient und in Abhängigkeit entsprechender Meßsignale mit Hilfe einer geeigneten Auswerteelektronik eine extrem schnelle Ausregelung der Heiztemperatur bzw. des Heizstromes erfolgt. Dies ist für das Verdampfen von Nebelfluiden besonders erwünscht, da dieses in einem relativ engen Temperaturbereich stattfindet: Ist die Temperatur zu niedrig, tritt das Nebelfluid noch flüssig oder nur teilweise verdampft aus. Bei zu hoher Temperatur werden Fluidbestandteile thermisch zerstört, und es können Produkte entstehen, die gesundheitlich unerwünscht sind. Üblicherweise werden Temperatursensoren verwendet, die je nach Bauart und -größe erst nach einer entsprechenden Ansprechzeit der zu messenden Temperatur folgen und selbst eine zusätzliche Wärmekapazität besitzen.

Mit der Erfindung wird jede Temperaturänderung ohne zeitliche Verzögerung als Widerstandsänderung erfaßt, und es sind keine zusätzlich zu erwärmenden Massen in Form von Sensoren erforderlich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend in der Zeichnung dargestellt und näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den prinzipiellen Aufbau einer aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung und

Fig. 2 einen Aufbau nach der Erfindung.

In dem Aufbau 10 nach Fig. 1 wird in ein dünnwandiges Metallrohr 1 das zu verdampfende Nebelfluid durch die Eintrittsöffnung 2 in Pfeilrichtung eingebracht, beispielweise mit einer Kolbenpumpe aus einem Reservoir. Es sind aber auch andere Förderarten denkbar, z. B. mit Druckluft oder mit Schwerkraft. Das Rohrmaterial besteht vorzugsweise aus Edelstahl aber auch andere elektrisch leitende Materialien sind einsetzbar.

Der durch die Stromquelle 3 gelieferte Strom heizt das Metallrohr 1 auf, das durch die Öffnung 4 austretende verdampfte Nebelfluid bildet nach Kondensation eine Nebelwolke 5. Der durch das dünnwandige Metallrohr 1 und durch den Meßwiderstand 6 fließende Strom ergibt am Meßwiderstand 6 einen Spannungsabfall, der in einer Regelelektronik 7 gemessen und zur Steuerung der Stromquelle 3 dient.

Je nach Temperaturkoeffizienten des Rohrmaterials läßt sich jedem Spannungsabfall am Meßwiderstand 6 eine bestimmte Temperatur des Rohres 1 zuordnen. Die Regelelektronik 7 kann somit den Strom durch das Metallrohr 1 auf einen Wert regeln, der für das Erreichen einer gewünschten Temperatur für das Verdampfen des Nebelfluids erforderlich ist. Entsprechend diesem in Fig. 1 gezeigten prinzipiellen Aufbau ist es auch denkbar, das Metallrohr 1 in getrennt geregelte Bereiche aufzuteilen. In diesem Fall kann eine gleichmäßigere Beheizung über die Länge erfolgen, da jeweils Abschnitte des Rohres 1 elektrisch beheizt, gemessen und geregelt werden.

Das Metallrohr hat einen Innendurchmesser zwischen 0,3 und 1 Millimeter, eine Wandstärke zwischen 0,1 und 0,3 Millimeter und eine Länge von 120 bis 1000 Millimeter.

Der erfindungsgemäße Aufbau 20 nach Fig. 2 stellt die Ausbildung eines Rohrabschnittes 8 als Heizwiderstand mit sehr geringem Temperaturkoeffizienten dar, z. B. aus Konstantan. Dies hat den Vorteil, daß der markierte Rohrabschnitt 8 direkt als Meßwiderstand verwendet werden kann. Dies hat zur Folge, daß die Verlustwärme am Meßwiderstand zum Aufheizen des Fluids verwendet werden und die Meßspannung relativ groß gewählt werden kann, was die Auswerteschaltung vereinfacht und optimiert.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Verdampfung von Flüssigkeiten in einem elektrisch beheizten Wärmetauscher, dessen Wandung aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet und mit einer elektrischen Stromquelle zur direkten Beheizung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Abschnitt (8) des Wärmetauschers (1) als Heizwiderstand mit niedrigem Temperaturkoeffizienten ausgebildet ist und direkt als Meßwiderstand für die Temperatur des Wärmetauschers (1) dient.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (1) in Form eines Rundrohres mit einem Innendurchmesser von 0,3 bis 1 mm, einer Wandstärke von 0,1 bis 0,3 mm und einer Länge von 120 bis 1000 mm ausgebildet ist.