DE2024917A1 - Hochfreijuenzbeheizte Anordnung - Google Patents

Description

• Hochfrequenzbeheizte Anordnung Die Erfindung betrifft eine hochfrequenzbeheizte Anordnung mit einem von einem Hochfrequenzstrom durchflossenen, ein Induktionsfeld erzeugenden Leiter, der durch eine Isolierschicht getrennt von einem Hüllrohr umschlossen ist, in dem Induktionswärme erzeugt wird.
• Anordnungen der genannten Art werden z.B. verwendet zum Oberflächenhärten von Maschinenelementen, wobei die Isolierschicht aus Luft oder einem Schutzgas und das Hüllrohr aus der Grenzschicht einer zu härtenden Bohrung bestehen kann, in welche der den Induktionsstrom führende Leiter eingesetzt wird. Dabei ist es wesentlich, mit möglichst hohem Wirkungsgrad in räumlich begrenzten Bereichen während einer vorbestimmten Zeit einstellbare Temperaturen zu erzeugen.
• Bei bestimmten Anwendungsfällen werden auch hohe Leistungsdichten bei hohen Temperaturen gefordert. So ist z.B. die möglichst genaue Kenntnis des thermodynamischen Verhaltens von Kernreaktor-Brennelementen während des Reaktorbetriebes und bei möglichen Störungen im Core von großer Bedeutung für die Betriebssicherheit solcher Anlagen.
• Derartige Untersuchungen werden vorteilhafterweise außerhalb des Reaktor-Cores mit Brennelement-Attrappen durchgeführt. Dabei stößt die Realisierung hoher spezifischer Heizstableistungen in der Größenordnung von 300 bis 700 W/cm bei Hüllrohrtemperaturen von 800 bis 10000 C auf erhebliche- Schwierigkeiten, insbesondere dann, wenn die Stäbe in aus gut leitenden Medien, wie z.B. flUssigen Metallen, bestehenden Kühlmitteln eingesetzt werden, Aus der DAS 1 280 444 ist eine induktive Heizvorrichtung zum Aufheizen von Erdöl- und Erdgasbohrungen bekannt, deren Heizelemente aus einem den Hochfrequenzstrom führenden leiter bestehen, der von einem Isoliermaterial und einem ferromagnetischen Rohr umschlossen wird.
• Die Nachteile dieser bekannten Einrichtung bestehen insbesondere darin, daß infolge der wendelförmigen Anordnung der Heizelemente mit relativ kleinem Krümmungsradius ungleichmäßige Temperaturverteilungen mit überhitzten Zonen aurtreten. Das ist insbesondere auch im Gebiet der Anschlußstellen der elektrischen Zuleitangen der Fall. Dadurch können vor allem bei höheren spezifischen Heizstableistungen Betriebsstörungen auftreten Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zu schaffen,- die es ermöglicht, hohe spezifische Heizstableistungen bei relativ hohen Temperaturen zu erreichen und dabei eine vorbestimmte Temperaturverteilung längs des Heizstabes einzustellen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Hüllrohr an seinem der Stromzuleitung abgewandten Ende verschlossen und mit dem Zentralleiter leitend verbunden ist. Befindet sich das Heizelement in einer stromleitenden ?lüssigkeit, so wird der Stromkreis für den Hochfrequenzstrom über den die stromleitende Flüssigkeit aufnehmenden geerdeten metallischen Behälter geschlossen.
• Bei einer anderen Ausbildung des Heizelementes ist das den Zentralleiter umschließende Hüllrohr an seinen beiden Enden offen und mit den Wänden des Kühlmittelbehälters z.B. durch Schweißen fest verbunden, so daß die freien Enden des den Hochfrequenzstrom führeflden Zentralleiters in einfacher Weise auf den Ausgang des Hochfrequenzgenerators geschaltet werden können.
• Einvorbektimmte leistungsverteilung in Richtung der Längsachse des Hüllrohres/bei der erfindungsgemäßen Anordnung in einfacher Weise durch Variieren der Radien des Zentral leiters und/oder des Elüllrohres erreicht werden. Dadurch wird die induktive Kopplung zwischen Zentralleiter und Hüllrohr so eingestellt, daß die im Hüllrohr erzeugte Wärmeleistung vorbestimmte Werte erreicht.
• Das ist von besonderer Bedeutung für die Ausbildung der Energiezuführung, da dem behei£ten Teil des Stabes ein unbeheizter oder nur schwach beheizter Abschnitt vorgeschaltet sein soll, weil im Bereich des Spiegels der Xühlflüssigkeit die Wärme ableitung unter ungünstigeren EUdingungen abläuft als in anderen AbsChnitten des Heizstabes.
• Dabei kann der durch Vergrößern des Innenradius des Hüllrohres erzielte-Effekt in einfacher Weise dadurch verstärkt werden, daß'auch-' der Radius des Zentralleiters in diesem Bereich vergrößert wird, weil dadurch der Widerstand des Zentral leiters und der durch diesen ererzeugte Anteil der Heizleistung ebenfalls reduziert wird.
• Auf diese Weise werden auch die im Bereichder Stromzuführung auftretenden Schwierigkeiten bei der räumlich gedrängten Anordnung mehrerer Stäbe in einem Handel beseitigt.
• Eine weitere Maßnahme zum Einstellen einer vorbestimmten Leistungsverteilung in Richtung der Längsachse des Hüllrohres besteht darin, daß im Bereich eines unbeheizten oder nur wenig beheizten Längenabschnittes das Hüllrohr aus einem in Bezug auf die anderen Längenabschnitte besser leitenden Werkstoff gefertigt ist. Dadurch wird in diesem Hüllrohrabschnitt eine geringere Wärmemenge erzeugt.
• Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung bestehen insbesondere darin, daß es mit einfachen Mitteln möglich wird, längs eines Heizstabes eine vorbestimmte Temperaturverteilung bei hohen spezifischen Heizstableistungen und hohen Temperaturen einzustellen. Dadurch-werden lokale Überhitzungen des Heizstabes und durch diese bedingte Leistungsbegrenzungen beseitigt und optimale Betriebsbedingungen hergestellt.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Ein Zentralleiter 1 aus Nickel oder Kupfer ist über die Stromzuführung 2 mit einem Hochfrequenzgenerator verbunden. Der Zentralleiter ist von einem z.B. aus einem Stahl der Werkstoff-Nr. St 4541 bestehenden unmagnetischen Hüllrohr 3 so umschlossen, daß zwischen diesen Bauelementen ein Hohlraum 4 gebildet wird, der mit einem Isoliermaterial, z.B. Bornitrid, ausgefüllt ist. An seiner Stirnfläche 5 ist das Hüllrohr mit dem Zentralleiter-leitend verbunden. Das -Heizelement wird von einer stromleitenden Flüssigkeit,- s.B.-flUssiges;Natrium, gekühlt, so daß über die geerdete Behälterwand der Stromkreis zum-Hochfrequenzgenerator geschlossen-ist. Das den im Zentralleiter fließenden Hochfrequenzstrom-begleitende hochfrequente Wechselfeld erzeugt zum überwiegenden Teil im Hüllrohr die vom Kühlmittel abzuführende Wärme.
• Im Bereich der Stromzuführung ist der Innenradius des Hüllrohres vergrößert, so daß die dort im Hüllrohr induzierte Wärmeleistung pro Längeneinheit kleiner ist als in den andere-n Bereichen des Hüllrohres.
• Messungen an einem Heizstab von 6 mm Außendurchmesser ergaben, daß etwa 84 % der Wärme im Hüllrohr und 16 % im Zentralleiter erzeugt werden, so daß der Wärmefluß durch die Isolierschicht und damit die Temperaturdifferenz zwischen Zentralleiter und Hüllrohr außerordentlich gering ist.

Claims (5)

1. Patent ansprüche :

   0 Hochfrequenzbeheizte Anordnung mit einem von einem Hochfrequenzstrom durchflossenen, ein Induktionsfeld erzeugenden leiter, der durch eine Isolierschicht getrennt von einem Hüllrohr umschlossen ist, in dem Induktionswärme erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr an seinem der Stromzuleitung abgewandten Ende verschlossen und mit dem Zentralleiter elektrisch leitend verbunden ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Zentralleiter umschließende Hüllrohr an seinen beiden Enden offen und mit den Wänden des Kühlmittelbehälters fest verbunden ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß eine vorbestimmte Leistungsverteilung in Richtung der längsachse des HUllrohres durch Variieren der Radien des Zentralleiters und/oder des Hüllrohres eingestellt ist.
4. 4. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Stromzuführungsseite die Radien es Zentralleiters und/oder des Hüllrohres vergröflert sind.
5. 5. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich eines unbeheizten oder nur wenig beheizten tängenabschnittes das HUllrohr aus einem in Bezug auf die anderen iängenabschnitte elektrisch besser leitenden Werkstoff besteht.