DE2000869A1

DE2000869A1 - Verfahren und Einrichtung zur Erhitzung von Gasen mittels eines elektrischen Lichtbogens

Info

Publication number: DE2000869A1
Application number: DE19702000869
Authority: DE
Inventors: Azinger Jun Frederick A; Kemeny George A; Wolf Charles B; Fey Maurice G
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1969-01-10
Filing date: 1970-01-09
Publication date: 1970-07-23
Also published as: GB1288610A; DE2000869B2; JPS4823578B1; DE2000869C3; US3629553A

Description

VATI

ing. E.

89 AUQSBXJHQ

nun», Mtl»

W.

Augsburg, den 8. Januar 1970

Westinghouse Electric Corporation, 3 Gateway Center, Pittsburgh,

Pennsylvania, Vereinigte Staaten von Amerika

Verfahren und Einrichtung zur Erhitzung von Gasen mittels eines

elektrischen Lichtbogens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Einrichtung zur Erhitzung von Gasen mittels eines elektrischen Lichtbogens, wobei das zu erhitzende Gas durch einen zwischen zwei Elektroden gebildeten Ringspalt geleitet wird, zwischen welchen ein umlaufender Lichtbogen unterhalten wird, Nach diesem Prinzip

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arbeitende Einrichtungen nennt man normalerweise Lichtbogen-

I Qaaerhitzer. ^r

Bei bisher bekannten Verfahren und Einrichtungen der angegebenen Art wird absichtlich die Oasgeschwindigkeit niedrig gehalten, damit der Lichtbogen jeweils innerhalb der eigentlichen Lichtbogenstrecke gehalten wird. Bei diesen bekannten Verfahren und Einrichtungen ergeben sich schädlich« Lichtbogenanlegungen dadurch, daß der Lichtbogen in Elektrodenbereiche wandert, welche stromauf der eigentlichen Lichtbogenübertrittstelle liegen und in welchen ein den Umlauf des Lichtbogens hervorrufendes Magnetfeld nicht »qhr stark genug ist, um den angestrebten Lichtbogenumlauf gicherzustellen.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, einen besseren Verfahrenswirkungsgrad zu erzielen und auierdem die Lebensdauer der für die Verfahrensdurchführung benötigten Einrichtung zu erhöhen.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung ein Verfahren zur Erhitzung von Oasen mittel· «ines elektrischen Lichtbogens, wobei das iu erhitzende Oat duroh einen zwischen zwei Elektroden gebildeten Ringspalt gtltitet wird, zwischen welchen ein umlaufender Lichtbogen unttrhalten

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wird und dieses Verfahren ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden auf-einer Systemspannung gehalten werden, die ein stetes Erlöschen und Wiederzünden des Lichtbogens gestattet, daß ferner das Gas mit einer Geschwindigkeit durch den Ringspalt geleitet wird, die eine so starke Streckung des umlaufenden Lichtbogens durch Gasblaswirkung verursacht, daß die Lichtbogenspannung so weit über die an den Elektroden anliegende Systemspannung angehoben wird, daß der Lichtbogen erlischt und darauf sogleich wiedergezündet wird, und daß dieser stete Wechsel zwischen Lichtbogenstreckung bis zum Erlöschen und Lichtbogen-Wiederzündung über die ganze Dauer der Gaserhitzung beibehalten wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist also die Geschwindigkeit, mit welcher das zu erhitzende Gas durch den Ringspalt getrieben wird, gegenüber den bisher bekannten Verfahren wesentlich erhöht und die von dieser größeren Strömungsgeschwindigkeit der Gasströmung verursachte periodische Lichtbogenstreckung ergibt jeweils eine bessere Gasdurchmischung und folglich auch eine gleichmäßigere Gaserhitzung sowie auch eine höhere Lichtbogenspannung, die ihrerseits wiederum den Leistungsfaktor anhebt. Der letztere kann im übrigen gemäß der Erfindung dadurch weiter verbessert werden, daß die Breite des Ringspaltes vorzugsweise

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auf weniger als 13 mm verringert wird und folglich auch die Systemspannung bzw. die Leerlaufspannung erniedrigt wird, wobei wiederum die geringere Spaltbreite dadurch ermöglicht wird, daß das Gas mit hoher Strömungsgeschwindigkeit durch den engen Spalt strömt und dadurch ionisierte Partikelchen aus dem Spalt ferngehalten werden. Die Folge ist, daß der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Verfahrens besser als derjenige der bisher bekannten Verfahren der eingangs dargelegten Art ist.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß die dynamische Größe des mit hoher Geschwindigkeit den schmalen Ringspalt durchströmenden Gases den Lichtbogen daran hindert, sich an irgendwelche äußere Wandungsteile des Lichtbogen-Gaserhitzers anzulegen, wo er Beschädigungen hervorrufen würde. Die bei den erfindungsgemäßen Verfahren schnell aufeinanderfolgenden Leistungsschwankungen, die ihre Ursache in dem sich ständig wiederholenden, durch die Lichtbogenstreckung hervorgerufenen Erlöschen und Wiederzünden des Lichtbogens haben, ergeben eine größere Gasturbulenz und folglich eine bessere Gasdurchmischung und damit wiederum eine wirkungsvollere und gleichförmigere Gaserhitzung.

Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Lichtbogen-

-H-

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wurzeln jeweils periodisch von der praktisch gegebenen Kurzschluß-Funkenstrecke weg in Richtung auf die Elektroden-Innenwandungen vorgeschoben werden, wird der von den Lichtbogenwurzeln bestrichene Oberflächenbereich der Elektrodenanordnung vergrößert und damit auch die Gesamtlebensdauer der Elektrodenanordnung erhöht. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die durchschnittliche Lichtbogenspannung höher ist als bei vergleichbaren bekannten Verfahren, kann die eigentliche, für eine bestimmte Eingangsleistung geltende Kurzschluß-Lichtbogenstrecke kleiner gemacht werden und die dadurch mögliche Stromverminderung ergibt auch eine sprungartig ansteigende Verminderung des jeweiligen Grades der zwangsläufig mit der Lichtbogenunterhaltung einhergehenden Elektrodenerosion.

Der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber den bekannten Verfahren erhöhte Gasdurchsatz ergibt kürzere Gas-Standzeiten, wodurch der thermische Wirkungsgrad der Gaserhitzung verbessert wird.

So lange die Systemspannung höher ist als die Lichtbogen-Löschspannung, verläuft das erfindungsgemäße Verfahren sehr stabil und ein Abreißen des Lichtbogens kommt nicht vor.

U \. Ί -, j 0 / j 2 1

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist zur Auslösung . der Lichtbogenbildung keine eigene Zündvorrichtung erforderlich. Die Ausbildung des Lichtbogens erfolgt aufgrund reinen FunkenUberschlages.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kommt eine unerwünschte Lichtbogenbildung an Hitzeschildern nicht vor« * Eingentlich sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Hitieschilder überhaupt nicht erforderlich, da die gesamten Innenflächen der bei der erfindungsgemäßen Einrichtung vorhandenen Lichtbogenkammer mit Ausnahme eines Verschlußstopfene als Elektroden-Lichtbo^enaustrittsflächen wirksam sein können.

Wegen der erfindungsgemäß kleinen Breite des Ringspaltes der Elektrodenanordnung wird ein Wiederzünden des Lichtbogens nicht durch die starke und schnelle Gasströmung verhindert. Die obere Grenze der (^strömungsgeschwindigkeit kann folglich sehr hoch gesetzt werden.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Einrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf die anliegenden Zeichnungen, welche einige bevorzugte Ausführunge-

0 0

formen einer erfindungsgeinäßen Einrichtung zur Ausführung des erfindungsgeinäßen Verfahrens zeigen, in ihren Einzelheiten nachstehend beispielsweise beschrieben. In den Zeichnungen stellen dar:

Pig. 1 einen Axial-L&ngsechnitt durch

einen Liehtbogen-Gaserhitzer . gemäß der Erfindung, welcher sich zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet,

Pig. 2 einen Axial-Längsschnitt durch

eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung, welche eine Einrichtung zur Verstellung der Spaltbreite zwischen den Elektroden aufweist,

Pig. 3 ein Schaltschema für den Betrieb

der erfindungsgemäßen Einrichtung mit Wechselstrom,

Fig. 3A ein Teil-Schaltschema für den

Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung mit Oleichstrom,

*· 7 —

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die Fig. ^A und ΊΒ Oszillogramme, welche jeweils

Spannungsbilder der Augenblicks-Lichtbogenspannung wiedergeben, .die in einer Versuchsserie ermittelt wurden, bei welcher das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung fand, wobei die Zeitbasis in beiden Oszillogrammen jeweils je Einheit 200^eC. beträgt,

Fig. 5 ein Schema zur erfindungsgemäßen

automatischen Einstellung der Spaltbreite bzw.der elektrischen Löschstrecke in Abhängigkeit von dem Druckunterschied, welcher zwischen den die Lichtbogenzone umgebenden Bereichen und dem Oaszuführungsbereich herrscht,

Fig. 6 ein Schema eines Systems,

mit welchem der Strom in Feldspulen geregelt werden kann, welche Magnetfelder zur Inumlaufsetzung des Lichtbogens aufbauen,

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wobei die Löschspannung bzw, die Punkenüberschlagsspannung in der Funkenstrecke und damit auch die durchschnittliche Lichtbogenspannung sich .als Funktionen der magnetischen Feldstärke ergeben und wobei eine auf die Enthalpie des zu erhitzenden Gases ansprechende Einrichtung, welche den Temperaturanstieg in dem zu erhitzenden Gas mißt, zur automatischen Einstellung dee magnetischen Feldstromes und damit zur Aufrechterhaltung der jeweils gewünschten Lichtbogenspannung und damit auch zur Aufrechterhaltung der jeweils optimalen Enthalpie des zu erhitzenden Gases dient, und

Figt 7 ein Diagramm, welches den in Ver

bindung mit den verschiedenen, in den Fig. 1, 2, 3, ¹IA und 4B gezeigten Einrichtungtn ausführbaren Verfahrensgang näher erläutert,

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* In Fig. 1 der Zeichnungen bezeichnet die Bezugsziffer 11 ganz allgemein einen fest umgrenzten räumlichen Bereich, der nachstehend mit Lichtbogenkammer bezeichnet wird und der zum Teil durch zwei Ringelektroden 12 und 13 bestimmt ist, die mit axialem Abstand derart zueinander angeordnet sind, daß eine Funken- bzw. Lichtbogenstrecke I¹I zwischen ihnen ' gebildet wird. Die Elektroden 12 und 13 weisen Kühlmittelkanäle 16, 17 auf, die an Kühlmittelkanäle 20, 21 und 22, 23 " angeschlossen sind, und sie weisen außerdem Nagnetspulen 18 und 19 auf, durch welche ein Magnetfeld aufgebaut wird, welches bewirkt, daft ein zwischen den Elektroden geschlagener Lichtbogen im wesentlichen dauernd länge einer Kreisbahn zwischen den beiden Elektroden umläuft.

Die Lichtbogenkammer 11 kann außerdem noch durch Hitzeschilder 25 und 33 begrenzt SeIn₄ die zusammen mit den daran angrenzenden Elektroden 12 und 13 eine Ringkamner ) bilden, die beispielsweise bei 26 angedeutet ist und jeweils mit Strömungsmittelkanälen 27 bzw. 3^ Verbindung hat. Xhnliohe Strömungsmittelkanäle 31 und 37 und dazugehörige Zugänge sind jeweils zwischen dem Hitzeschild 25 und einem AbsohluA-stopfen 29 erkennbar, weloher das eine Ende der Lichtbogenkammer 11 abschließt, und zwischen dem Hitieschild 33 und einem Düsenkörper 36, weloh letaterer am anderen Ende des Lichtbogen-Oaserhitzers angebrftoht ist» Fallt gewünsoht,

ORlQ₁NAL .N₉PECTH, ^ΪΜ0₍1ϊ7», jjj

können diese Strömungsmittelkanäle und Durchlässe jeweils für sich oder wahlweise bzw. gemeinsam -dazu benutzt werden, ein Strömungsmittel einzuführen, beispielsweise ein Löschmittel und/oder ein in der Lichtbogenkammer 11 zu erhitzendes Gas, wie dies an sich bereits bekannt ist.

Der zwischen den Elektroden 12 und 13 gebildete Raum wird von einer allgemein mit der Bezugsziffer 39 bezeichneten Wandkonstruktion umschlossen und es sind Strömungsmittelkanäle 41 und 42 vorgesehen, welche mit Kanälen 43 Verbindung haben, über welche Gas in die Lichtbogenkammer 11 durch den Ringspalt 14 hindurch eingeblasen wird.

Die an die Elektroden 12 und 13 angelegte Lichtbogenspannung wird von einer Wechselstromquelle oder einer Gleichstromquelle erzeugt. Pig. 3 zeigt schematisch die in Pig. I gezeigte Anordnung und jeweils gleiche Teile sind auch jeweils mit gleichen Bezugsziffern, jedoch mit entsprechenden Beistrichen versehen, wobei in Fig. 3 zwei Beispiele für Lichtbogenformen gezeigt sind, die jeweils mit den Bezugsziffern 15* und 15" bezeichnet sind. Gemäß dem Schema nach Pig, J wird die Lichtbogenspannung von einer Wechselstromquelle bezogen, wobei die Elektrode 12' über eine Leitung und Schaltschützkontakte 48 an die eine Klemme 51 der betreffenden Wechselstromquelle angeschlossen ist, während

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/Λ.

die Elektrode 13' über eine Leitung 55» eine Ausgleichreaktanz 50, eine Leitung 47 und einen SchaltSchutzkontakt 49 an die andere Klemme 52 der Wechselstromquelle angeschlossen ist. Fig. 3A zeigt eine Schaltung, gemäß welcher die beiden Elektroden an die Klemmen 51' und 52' einer Gleichstromquelle angeschlossen sind, wobei im übrigen diese Schaltung der in Fig. 3 gezeigten Schaltung im wesentlichen t gleich^ mit Ausnahme dessen, daß die Reaktanz 50 durch einen Widerstand 56 ersetzt ist.

Aus Fig. 1 ist zu ersehen, daß der Ringspalt 14 im Vergleich zu den Ringspalten bekannter Anordnungen von Lichtbogen-Gaserhitzern verhältnismäßig klein ist. über diesen kleinen Ringspalt 14 wird aus den Kanälen 4l und 42 heraus beim Betrieb des Lichtbogen-Gaserhitzers Gas mit hoher Geschwindigkeit in die Lichtbogenkammer eingeblasen, so daß der durch Anlegung der Lichtbogenspannung an die Elektroden gezündete Lichtbogen 15, welcher unter der Wirkung des von den Feldspulen 18 und 19 aufgebauten elektromagnetischen Feldes umläuft, aufgrund der Wirkung des einströmenden Gases, welches ihn infolge seiner hohen Strömungsgeschwindigkeit in die Lichtbogenkammer hinein auslenkt, gestreckt wird und eine Form annimmt, die beispielsweise durch die mit den Bezugsziffern 15a und 15b bezeichneten beispielsweise angegebenen Lichtbogenformen gekennzeichnet ist. Diese Lichtbogen-

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Streckung durch das rasch einströmende Gas setzt sich so lange fort, bis die Lichtbogenspannung gleich der Feldlöseilspannung des Ringspaltes 14 geworden ist, worauf ein Erlöschen de» Lichtbogens eintritt und eich in der bei 15 angedeuteten Weise im Ringspalt 14 sofort anschließend wieder ein neuer Lichtbogen aufbaut. Dieser neue Lichtbogen 15 wird unmittelbar darauf wieder durch das mit hoher· Geschwindigkeit durch den Ringspalt 14 eingeblasene Gas wieder in die Lichtbogenkammer hineingedrückt. Dieser Vorgang wiederholt sich normalerweise so lange, als eine geeignete Systemspannung an die Elektroden 12 und 13 angelegt ist und Gas über den Ringspalt mit hoher Geschwindigkeit in die Lichtbogenkammer eingeblasen wird.

Die Pig. 4A und 4B zeigen Osζillogramme der Lichtbogenspannung in Methangas. Aus Fig. 4A ist zu ersehen, daß der Lichtbogen, nachdem er im Ringspalt gezündet worden ist, auf eine solche Länge gestreckt wird, daß die Lichtbogenspannung auf etwa 2000 V ansteigt, worauf an der engsten Stelle des Ringspaltes ein Funkenüberschlag eintritt, der in dem Oszillogramm mit m bezeichnet ist. Der Lichtbogen ist natürlich in hohem Maße dynamisch und folglich kann ein Erlöschen des Lichtbogena auch bei anderen Spannungen eintreten, beispielsweise also auch bei einer Spannung von 1200 V, wie dies beispieleweise durch den mit ρ bezeichneten

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Funkenüberschlag dargestellt ist, oder bei 1500 V, wie dies durch den mit η bezeichneten Funkenüberschlag dargelegt ist, oder beispielsweise auch bei l800 V. Es gibt viele Ursachen für die Erniedrigung der Lösohspannung. So wird beispielsweise ein Lichtbogen, welcher die in Fig. 1 gezeigte Form 15b hat und folglich näher am Ringspalt I¹J verläuft als der beispielsweise mit 15a bezeichnete Lichtbogenverlauf, fc mehr Photonen in den Ringspalt hinein emittieren. Ein weiterer Faktor, welcher die effektive Löschspannung wesentlich beeinflußt, ist der Qasdruck. In Fig. 7 i^{Bt d}i^ß sogenannte Paschen'sehe Löschspannungskurve für ein bestimmtes Gae und für eine bestimmte Elektroden-Oberflächenleitfähigkeit angegeben, worin beide Maßstäbe logarithmisch sind und die Löschspannung E als Funktion des Gasdruckes P mal dem Elektrodenabstand D aufgetragen ist.

^ Ein weiterer, die Löschspannung des Ringspaltee beeinflussender Faktor ist der, daß das mit hoher Geschwindigkeit über den Ringspalt in die Lichtbogenkammer eintretende 0·· ein Zurückströmen heißen Gases in den Ringspaltbereich verursachen kann und folglich der erwähnte Funkenüberschlag nicht an der engsten RingspaltstelJU; stattfindet, sondern an dieser Stelle nahegelegenen andertn Stellen, d.h. bei einer Spannung, die niedriger als die normale Löiehepannung ist. Ebenso kann es passieren, d&ί der dimsmlsohe Lichtbogen

ORIGHNAL INSPECTED

durch den Druck des mit hoher Geschwindigkeit durch den Ringspalt 14 zuströmenden Oases so stark gestreckt wird, daß er aufgrund des anstehenden Magnet-Drehfeldes tordiert wird, so daß die Möglichkeit besteht, daß sich der Lichtbogen selbst kurzschließt und dadurch die tatsächliche Lichtbogenspannung auf einen Wert zurückkehrt, der wesentlich höher als die Funkenüberschlagspannung ist, was in Fig. 4A durch den Funkt ο im Oszillogramm angedeutet ist. Ein Erlöschen des Lichtbogens im Ringspalt bei einer Spannung, die niedriger als die Normalspannung ist, ist beim Punkt ρ in Fig. 4b angedeutet. Ein Erlöschen, welches dann eintritt, nachdem der Lichtbogen auf einen Wert gestreckt worden ist, bei welchem die Lichtbogenspannung 2000 V beträgt, ist beim Punkt q angedeutet. Die Punkte r und s stellen Kurzschlüsse des Lichtbogens in sich selbst dar, während der Punkt t ein Erlöschen des Lichtbogens im Ringspalt aufgrund verstärkter Photonenleitfähigkeit darstellt und <Ier Punkt u seine Ursache darin haben kann, daß der Lichtbogen durch das durch den Ringspalt eingeblasene Gas so stark gestreckt worden ist, daß er tordiert wurde und sich dadurch in sich selbst kurzschließt.

In nachstehender Liste werden Versuchswerte für drei verschiedene Betriebsbedingungen bei Ausführung des erfindungs-

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Q ß 9 8 3 Q / V; 7 *■"

gemäßen Verfahrens der Gaserhitzung mittels Lichtbogen im einzelnen dargelegt.

Versuch Nummer; H338 H368 N171

Versuchsgas CH₁₁ CH₂, N₃

Lichtbogenstrom (A) 3250 2000 2000

durchschnittliche Lichtbogen- 715 87O 205 spannung (V)

Gasdurchsatz (mkp/sec) 0,255 0,363 0,288

Systemspannung (V) 2080 3500 3520

thermischer Wirkungsgrad {%) 72,6 84,0 62,3

Enthalpie (Kcal/mkp) 35** 217 80

Gasgeschwindigkeit bei kleinster 357 3^3 275 Ringspalteinstellung (m/sec)

kleinste Ringspaltbreite (mm) 1,37 1,80 1,80

Die in den Fig. ¹IA und 4B dargestellten Oszillogramme Bind während des Versuches Nummer H338 genommen worden.

Fig. 2 zeigt einen Lichtbogen-Gaserhitzer, der im wesentlichen dem in Fig. 1 gezeigten Lichtbogen-Gaserhitzer ähnelt, der jedoch eine Einrichtung aufweist, mit deren Hilfe die Breite des Ringspaltes zwischen den beiden Elektroden eingestellt werden kann, wobei jeweils gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern, jedoch zweigestrichen, bezeichnet Bind. Die beiden Elektroden 12" und 13" sind jeweils mit

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mit Bunden versehenen Teilen 62 und 63 verbunden, um deren Bundbereiche herum jeweils eine Vielzahl von Röhren oder Stäben 64, 65 und 66, 67 herum angeordnet ist. Diese Röhren oder Stäbe 64, 65 bzw. 66, 67 sind entweder gegenüber den Bundteilen 62 bzw. 63 isoliert oder sie bestehen selbst aus Isoliermaterial. Die Röhren oder Stäbe jeweils der einen Elektrode liegen axial ausgerichtet auf die Röhren oder Stäbe der anderen Elektrode und jedes dieser Röhren- bzw. Stabpaare ist jeweils wirkungsmäßig über Schrauben 68, 69 bzw. 70, 71 mit einem umlaufenden Teil, beispielsweise 73 oder 74 verbunden. Diese Schrauben 68, 69 bzw. 70, 71 sind entweder starr mit den Röhren oder Stäben 64, 65 bzw. 66, verbunden und in die umlaufenden Teile 73 bzw, 7^ eingeschraubt oder sie sind starr mit diesen umlaufenden Teilen verbunden und in die Röhren 64, 65 bzw. 66, 67 eingeschraubt, je nachdem, was günstiger ist. An den umlaufenden Teilen 73* 74 sind jeweils Ritzel 76 bzw. 77 befestigt und die Ritzel sämtlicher umlaufender Teile stehen in Eingriff mit der Innenverzahnung eines Zahnkranzes 79· Daraus ergibt sich, wie ohne weiteres anhand der Fig. 2 zu sehen ist, daß eine Drehung des Innenzahnkranzes 79 in einer Richtung b.ewirkt, daß die Elektroden 12" und 13" voneinander wegbewegt werden, wodurch sich der Ringspalt 14¹^ zwischen diesen Elektroden erweitert, und daß eine Drehung des Innenzahnkranzes 79 in entgegengesetztem Drehsinn eine gegenseitige

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Annäherung der Elektroden 12" und 13" bewirkt, wodurch der ' Ringspalt IM" sich verengt. Die Drehung dee Innenzahnkranzes wird vorzugsweise durch einen nicht dargestellten Elektromotor bewirkt, dessen Antriebsritzel gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Qetriebes in einen Außenzahnkrane des Zahnkranzes 79 eingreift.

P Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist die den Lichtbogenbereich umschließende Wendkonstruktion relativ zueinander verschiebbare Wandteile 85, 86 bzw. 87, 88 auf, welche aneinander vorbeigltiten können und zwischen welchen Jeweils eine Anzahl von Druokfedern, beispielsweise 81, 82, angeordnet ist, weiche jeweils in»in der Wandkonstruktion 85, 86 gebildeten Federkammern 83> sitzen.

| Die QasZuführungen und Kanäle zur Zuführung von Qas

mit hoher Geschwindigkeit duroh den Ringspalt 14" hinduroh sind in Fig. 2 bei 91, 92 und 93 angedeutet und eine typische gestreckte Lichtbogenform ist bei 15o in gestrichelten Linien angedeutet.

Fig. 5 zeigt ein System zur automatischen Regelung der Spaltbreite des Ringspaltes in Abhängigkeit von der Druek-

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differenz zwischen der Lichtbogenzone innerhalb des Licht- · bogen-Gaserhitzers und dem Raum bzw. Kanal, von welchem Gas mit hoher Geschwindigkeit in den Ringspalt hinein und durch diesen hindurchgeführt wird. Die Elektroden sind schematisch bei 95 und 96 angedeutet und ein Lichtbogen ist schematisch bei 115 angedeutet, wobei in diesem Falle der besseren Übersicht halber die Feldspulen weggelassen worden sind. An den betreffenden Elektroden befestigte Gehäuseteile 98 und 99 können aneinander vorbeigleiten und gestatten eine gegenseitige Relativverschiebung der Elektroden bei gleichzeitiger Gasdichthaltung des Raumes 100. Es versteht sich von selbst, daß ein der besseren Übersicht halber nicht dargestellter Gaskanal zur Zuführung von Gas in den Raum 100 hinein vorgesehen sein muß. Ein Druckfühler weist zwei Druckfühlerelemente 101 und 106 auf, welche über Leitungen und 107 an einen Differenzdruckregler 103 angeschlossen sind, wobei dieser Differenzdruckregler voja den Druckfühlerelementen Signale zugeführt bekommt, die jeweils eine Funktion der im Lichtbogenbereich einerseits und im Raum 100 andererseits gemessenen Drücke darstellen. Der Ausgang des Differenzdruckreglers 103, welch letzterer jeder an sich bekannten Bauart angehören kann, ist so geschaltet, daß er einen umsteuerbaren Motor 10¹I betätigt, welcher einen Zahnkranz antreibt, der seinerseits in Eingriff mit einem Ritzel 110 steht, welches auf einer Stellschraube 111 sitzt, die ihrer-

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Seite wiederum mit Stellnasen 112 bzw. 113 zusammenwirkt, welch letztere an den Oehäuseteilen 98 und 99 befestigt sind. Auf diese Weise ergibt sich eine axiale Relativverschiebung dieser Gehäuseteile und damit wiederum eine gegenseitige Relativverschiebung der Elektroden je nach dem Umlauf-Drehsinn des umsteuerbaren Motors 104 unter der Steuerung des Differenzdruckreglers 103·

Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß wegen des Umstandes, daß die zwischen dem Raum 100 und der Lichtbogenzone herrschende Druckdifferenz innerhalb des Lichtbogen-Gaserhitzers unter anderem auch eine Funktion der Breite des Ringspaltes ist, das in Fig. 5 dargestellte Regelsystem auf die genannten Druckdifferenzen anspricht und automatisch jegliche Lichtbogenerosion ausgleicht, die im Ringspaltbereich auftritt und das Bestreben hat, die Breite des Ringspaltes gegenüber ihrem eingestellten Optimalwert zu verändern.

Wie bereits erwähnt wurde, kann die Lichtbogenspannung innerhalb bestimmter Grenzen durch Veränderung des FeIdspulenetromes geändert werden. Ein Steuersystem, welches sich zur Steuerung des Feldspulenetromes eignet, ist in Fig. 6 dargestellt, in welcher die Elektroden mit den Bezugssiffern

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und 118 bezeichnet sind, zwischen welchen sich ein Lichtbogen 126 erstreckt, und die Bundteile 119 bzw. 120 aufweisen, zwischen welchen eine ringförmige Isolierkammer 121 angeordnet ist, welche einen Raum 122 umschließt und gleichzeitig die Elektroden in einem bestimmten gegenseitigen Abstand voneinander hält. Das in Fig. 6 dargestellte Regelsystem macht von einem Wärmefühler 128 Gebrauch, welcher Änderungen der Enthalpie des in der Lichtbogenkammer 125 erhitzten Gases mißt. Der Wärmefühler 128 kann die Form eines wassergekühlten kalorimetrischen Meßkörpers haben, in welchem der Temperaturanstieg eines durch ihn hindurchgeführten Strömungsmittels gemessen wird und dieser Temperaturanstieg ist wiederum eine Funktion der Enthalpie dee betreffenden Gases. Der Wärmefühler 128 erzeugt einen Signalauegang, der, wie durch die Leitung 129 angedeutet ist, einer Verfahrenssteuereinrichtung zugeführt wird, die ihrerseits in Blockform bei 130 angedeutet ist und deren Signalausgang über eine Leitung 131 an eine Feldepulen-Stromzuführung 132 weitergeleitet wird, welche ihrerseits den Erregerstrom für Feldspulen 135 und I36 liefert, wie dies in Fig. 6 durch eine Leitung 137 angedeutet ist.

Die beiden, in den Fig. 5 und 6 dargestellten Systeme ermöglichen eine Selbststeuerung des Verfahrenegftnges innerhalb der Parameter uer Ringepaltbreite und der Stärkt <S«i

magnetischen Feldes derart, daß diese Parameter jeweils auf optimale Verfahrensbedingungen eingestellt werden, so daß sich eine maximale Erhitzung des durch den Ringspalt in die Lichtbogenkammer eingeblasenen Gases ergibt und gleich zeitig eine möglichst gleichförmige Erhitzung aller Oaspart ikelchen auf die gleiche Temperatur erreicht wird.

k Die Erfindung ist selbstverständlich auch in Verbindung mit Elektrodenformen anwendbar, welche von der hier dargestellten und beschriebenen Ringelektrodenform mit gegenseitigem axialem Abstand abweicht. So kann beispielsweise das erfindungsgemäße Verfahren auch mit Elektroden ausgeführt werden, die koaxial zueinander ineinanderliegend*angeordnet sind und iwisohen welchen ein Ringspalt gebildet ist, in welchem der Lichtbogenübergang in radialer Richtung stattfindet .

ORIGINAL INSPECTED

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren aur Erhitzung von Oasen mittels eines elektrischen Lichtbogens, wobei das zu erhitzende Gas durch einen swischen zwei Elektroden gebildeten Hingspalt geleitet wird, zwischen welchen ein umlaufender Lichtbogen unterhalten- wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden auf einer Systemspannung gehalten werden, die ein stetes Erlöschen und WiederzUnden des Lichtbogens gestattet, daß ferner das Gas mit einer Geschwindigkeit durch den Ringspalt geleitet wird, die eine so starke Streckung des Lichtbogens durch die Gasblaswirkung verursacht, daß die Lichtbogen-Spannung so weit über die an den Elektroden anliegende Systemspannung angehoben wird, daß der Lichtbogen erlischt und darauf sogleich wiedergezündet wird, und daß dieser sttte Wechsel zwischen Lichtbogenstreckung bis zum Erlöschen und Lichtbogen-Wiederzündung über die ganze Dauer der Qaeerhitzung beibehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasgeschwindigkeit mehr als 25 m/sec beträgt.

3· Einrichtung zur Ausführung dee Verfahrene nach

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Anspruch 1 oder 2 mit einem zwischen zwei Elektroden gebildeten Ringspalt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (I¹O eine Spaltbreite von weniger als 13 mm hat.

¹J. Einrichtung nach Anspruch 3 mit einem, mit dem Ringspalt in Verbindung stehenden Raum zur Zuführung des zu erhitzenden Gases und mit einer, ebenfalls mit dem Ringspalt in Verbindung stehenden, das durch den Ringspalt hindurchgeführte Gas aufnehmenden Lichtbogenkammer, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden (12", 13") im Sinne einer Einstellbarkeit der Ringspaltbreite mit Bezug aufeinander verschiebbar angeordnet sind und daß mit den beiden Elektroden eine auf Druck ansprechende Einrichtung (101, 106, 103, 66, 67, 77, 90 in Fig. 2 und 5 bzw. 101, 106, 103, 104, 109, 110, 112, 113 in Fig. 5) verbunden ist, die eine gegenseitige Verschiebung derselben in Abhängigkeit von P einer jeweils zwischen dem genannten Raum (100) und der genannten Lichtbogenkammer herrschenden Gaedruckdifferenz bewirkt.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4 mit Feldwicklungen zum Aufbau eines Magnetfeldes, welches mit Bezug auf den genannten Ringspalt so gerichtet ist, daß es den bewußten Lichtbogenumlauf länge dieses Spaltes hervorruft, gekennzeichnet durch eine an die genannten Feldwicklungen (18, 19 in

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Pig. 1 bzw. 18', 19' in Fig. 3 bzw. 135, 136 in Fig. 6) angeschlossene Feldregeleinrichtung (128, 129, 130, 131, 132, 137) mit einem Temperaturfühler (128) zur Ermittlung der jeweiligen Temperatur des erhitzten Gases, welch erstere einen die genannten Feldwicklungen speisenden Strom in Abhängigkeit von der jeweiligen Enthalpie des erhitzten Gases steuert (Fig. 6).

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