DE2029069A1

DE2029069A1 - Boiler mit mindestens zwei länglichen Elektroden

Info

Publication number: DE2029069A1
Application number: DE19702029069
Authority: DE
Inventors: Michael Thomas Toole Godfrev London P Hall
Original assignee: British Railways Board London
Priority date: 1969-06-25
Filing date: 1970-06-12
Publication date: 1971-01-14
Also published as: FR2051068A5

Description

BRITISH RAILWAYS BOARD, 222, Marylebone Road,

London, N.W.I, England

"Boiler mit mindestens zwei länglichen Elektroden"

Die Erfindung betrifft einen Boiler mit zwei oder mehr länglichen Elektroden die zueinander benachbart innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind, mit einem Einlaß und einem Auslaß für die Flüssigkeit, wobei die Elektroden derart angeordnet sind, daß die zu erhitzende Flüssigkeit zwischen beiden Elektroden fließt.

Bei bekannten Boilern mit Elektroden sind zusätzliche Einrichtungen erforderlich, um den Stromfluß zu ändern entweder durch Abschirmung von Teilen der Elektroden oder durch Änderung der Kontaktflächen der Elektroden mit dem Wasser.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieee Nachteile zu vermeiden und eine einfache Elektrodenausbildung zu schaffen, mit der der Stromfluß beeinflußbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß sich der effektive Oberflächenbereich und/oder der Abstand zwischen den Elektroden in Längsrichtung der Elektroden ändert, so daß die Änderungen der Stromdichte an den verschiedenen Stellen entlang der Elektroden infolge einer Änderung der elektrischen Leitfähigkeit mit der Temperatur der zwischen den Elektroden fließenden Flüssigkeit mindestens teilweise kompensiert wird.

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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen gemäß der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen .teilweisen seitlichen Schnitt eines ersten Ausführungsbeispieles,

Fig. 2 einen Schnitt in Längsrichtung eines zweiten Ausfübrungsbeispieles, und

Fig. 3 eine teilweise Schrägansicht eines dritten Ausführungsbeispieles.

In dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 besteht der Boiler aus einem äußeren Gehäuse lo, das aus einem geeigneten nichtleitenden Material hergestellt ist. Beispielsweise wird in der Praxis eine Konstruktion verwendet, bei der eine Einlage aus Polypropylen auf der Außenseite mit glasfaserverstärktem Polyesterkunstharz beschichtet ist. Ein Wassereinlaß 11 und ein Wasserauslaß 12 sind an gegenüberliegenden Enden des Gehäuses Io angeordnet. Koaxial zueinander angeordnete und kegelförmig ausgebildete Elektroden Ij5 und 14 zum Erhitzen des Wassers sind inbefestigt
nerhalb des Gehäuses Icy, wobei Ihre kleineren Querschnitte in der Nähe des Wasserauslasses 12 angeordnet sind. Die innere Elektrode 15 besteht aus einem Sieb aus Metalldraht oder Blech, das entweder perforiert oder geweitet ist; die äußere Elektrode 14 kann in gleicher Weise ausgebildet sein, sie kann jedoch auch aus einem glatten Blech bestehen. Als Material für die Elektroden kann irgendein geeignetes nicht korrodierendes Material verwendet sein. Als Beispiel für ein geeignetes Material sei Titan genannt, das mit einem oder mehreren Metallen der Platingruppe beschichtet ist. Materialsorten dieser Art sind in der britischen Patentschrift 1 068 722 beschrieben.

Die Elektroden 13 und 14 sind mit Anschlüssen 15 und 16 mit einer einphasigen Spannungsquelle von vorzugsweise Ho bis 24o V verbunden.

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ORlGlNAL INSPECTED

Während des Betriebes fließt kaltes Wasser durch den Wasserein-IaQ 11 in den Behälter, strömt durch die als Sieb ausgebildete Elektrode 1J5 in den Elektrodenzwischenraum und wird hier durch den elektrischen Strom aufgeheizt der zwischen den Elektroden duroh das Wasser hindurchfließt. Zwischen diesem erhitzten Wasser und dem kalten Wasser findet quer zur Elektrode lj> eine fortgesetzte Mischung statt. Das Wasser fließt entlang der Elektroden, wobei seine Temperatur sich fortlaufend erhöht bis heißes Wasser mit der gewünschten Temperatur durch den Auslaß 12 abfließt. Die Endtemperatur wird durch die Menge des durch den Boiler fließenden Wassers pro Zeiteinheit und durch die den Elektroden zugeführte elektrische Energie bestimmt.

Mit steigender Temperatur des Wassers steigt auch seine elektrische Leitfähigkeit an. Die konische Gestalt der Elektroden 1J5 und 14 kompensiert diese Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit durch eine Abnahme des effektiven Elektrodenbereiches, der sich in Kontakt mit dem Wasser befindet, während es vom Einlaß zum Auslaß des Boilers fließt. Diese Abnahme des effektiven Elektrodenbereiches unterstützt die gleichmäßige Verteilung der elektrischen Belastung in Längsrichtung der Elektroden.

Für einen gegebenen Temperaturanstieg bei einer vorgegebenen Durchflußmenge des Wassers kann der Winkel der konischen Elektroden 13 und 14 derart gewählt werden, daß die Stromdichte über die gesamte Elektrodenoberfläche konstant ist.

Gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel werden zwei planare (ebene) rechtwinkelige Elektroden 17 und 18 innerhalb eines Gehäuses 19 zwischen einem Wassereinlaß 2o und einem Wasserauslaß 21 divergierend keilförmig angeordnet. Als Material für die Elektroden 17 und 18 kann das gleiche Material wie für die Elektroden im ersten Ausführungsbeispiel verwendet werden, und zwar als geweitetes, perforiertes oder volles Blechmaterial

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BAD ORIGJNAL

ausgeführt sein. Die Elektroden 17 und 18 sind über Anschlüsse und 23 mit einer Weehselstromquelle der gleichen Spannung wie im ersten Ausführungsbeispiel verbunden.

In diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit des Wassers mit wachsender Temperatur infolge der Aufheizung durch den elektrischen Strom,während das Wasser von dem Einlaß 2o zu dem Wasserauslaß 21 fließt, kompensiert durch eine Zunahme des Abstandes zwischen den Elektroden und 18. Durch Wahl eines geeigneten Winkels des durch die Elektroden 17 und 18 gebildeten Keils zur Erzielung eines spezifischen Anstiegs der Wassertemperatur wird eine im wesentlichen konstante Stromdichte entlang der Elektroden erhalten.

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel wird gemäß Fig. 3 die Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit des Wassers mit wachsender Temperatur infolge des Aufheizens durch den elektrischen Strom, während das Wasser von einem Einlaß 24 zu einem Wasserauslaß 25 fließt, durch eine Abnahme der Breite der Elektroden 26 und 27 kompensiert. Durch eine geeignete Wahl der KeilVerjüngung für die Breite der Elektroden 26 und 27 zur Erzielung eines bestimmten Temperaturanstieges des Wassers kann die Stromdichte längs den Elektroden im wesentlichen konstant gehalten werden.

Die erfindungsgemäßen Merkmale des zweiten und dritten Ausführungsbeispieles können auch zusammengefaßt werden, indem ein Paar sich verjüngender ebener Elektroden keilförmig angeordnet werden.

Es kann zusätzlich eine dritte Elektrode bei allen drei erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen vorgesehen werden, so daß alle drei mit einer dreiphasigen Wechselspannung von vorzugsweise 44o V betrieben werden können, obgleich Spannungen bis zu 1 kV angelegt werden können.

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Die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele wirken in hohem MaSe selbstregelnd« so daß ein automatischer Betrieb der Boiler erleichtert wird.

Während im Normalfalle der Boiler für eine vorgegebene Leistung ausgelegt ist« kann diese Auslegung variabel in der Weise erfolgen, daß beispielsweise eine Hilfsvorrichtung vorgesehen ist« die den Abstand zwischen den Elektroden, bei allen drei Ausführungsbeispielen, ändert.

Die erfindungsgemäß ausgeführten Boiler sind aus sich heraus betriebssicher, da bei Ausfall der Wasserzufuhr die Temperatur des Wassers im Boiler solange steigt, bis es am Siedepunkt verdampft. Mit zunehmender Verdampfung nimmt die Menge des im Boiler verbleibenden Wassers ab, so daß die effektive Elektrodenfläche abnimmt bis ein weiteres Fließen des elektrischen Stromes unterbrochen wird.

Bei den erfindungsgemäßen Boilern wird ein schneller Temperaturanstieg erzielt, da Wärme nicht wie bei einem Wärmetauscher übertragen wird und hohe Stromdichten möglich sind.Da das Elektrodenmaterial nicht korrodiert, verursacht es keine Entfärbung oder eine Beeinflussung des zu erwärmenden Wassers. Ein erfindungsgemäßer Boiler erfordert nur eine geringe Überwachung, da die Verzundung infolge der besonderen Fließrichtung des Wassers herabgesetzt 1st, welche bei dem ersten und dritten Ausführungsbeispiel ein schnelleres Fließen des Wassers bei zunehmender Aufheizung zur Folge hat.

Die Steuervorrichtung für die Boiler aller Ausführungsbeispiele weist vorzugsweise ein Wasserventil zum Ein- und Ausschalten auf, das beim Offnen die Verbindung der Energiequelle mit den Elektroden bewirkt; analoges gilt im umgekehrten Falle.

Es können auch zusätzliche Maßnahmen vorgesehen werden, um Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit des zugeführten Wassers zu

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kompensieren. Dies kann in der Weise vorgenommen werden« daß eine Leitfähigkeits-Meßzelle im Wassereinlaß oder Wasserauslaß an- W. geordnet wird« welche einen elektrischen Lastregler betätigt, £■, den Elektrodenabstand variiert oder die Durchflußmenge des Was- ■'■■ sers pro Zeiteinheit ändert. ^

Obgleich vorstehend nur vom Erhitzen von Wasser mit den erfin- ^: _;i·' dungsgemäßen Boilern gesprochen wurde« kann mit einem erfindungsgemäßen Boiler jede beliebige elektrisch leitfähige Flüssigkeit-i erhitzt werden, wobei natürlich vorausgesetzt wird, daß diese Λ das Elektrodenmaterial nicht angreift. ^

Ferner war bisher davon gesprochen worden, Wasser im flüssigen '. Zustand zu erhitzen, gleichwohl kann auch Dampf erzeugt werden ^ entweder indem das Wasser während seines Erhitzens unter Druck gehalten und dann durch eine schnelle Reduzierung des Druckes auf oder unter den Atmosphärendruck entspannt wird oder indem ein zweiter Erhitzer in Serie hinter einen erfindungsgemäßen Boiler mit Elektroden angeordnet wird. Ein derartiger in Betracht gezogener zweiter Erhitzer kann ein poröses elektrisches Element sein, ein konventionelles elektrisches Widerstandselement oder irgendein anderer elektrischer Heizer. r

Die Erfindung ist daher nicht auf die dargestellten und/oder beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sie umfaßt vielmehr auch fachmännische Abwandlungen sowie Teil- bzw. Unterkombinationen der beschriebenen bzw. gezeichneten Merkmale. .

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Claims

Ansprüche

1. Elektrischer Boiler mit mindestens zwei länglichen Elektroden die zueinander benachbart im Inneren eines Gehäuses angeordnet sind, das einen Einlaß und einen Auslaß für die Flüssigkeit aufweist, wobei die Elektroden derart angeordnet sind, daß die zu erhitzende Flüssigkeit zwischen den Elektroden fließt, dadurch gekennzeichnet, daß die effektive Oberfläche und/oder der Abstand zwischen den Elektroden sich längs den Elektroden ändert, so daß eine Änderung der Stromdichte an verschiedenen Stellen entlang den Elektroden infolge Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit durch Temperaturänderungen der zwischen den Elektroden fließenden Flüssigkeit mindestens teilweise kompensiert ist.

2. Elektrischer Boiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar konischer Elektroden koaxial ineinander angeordnet sind, daß der Flüssigkeitseinlaß am Gehäuse in der Nähe des größeren Durchmessers der Elektroden und der Flüssigkeitsauslaß in der Nähe des kleineren Durchmessers der Elektroden angeordnet ist.

j5. Elektrischer Boiler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Paar planarer Elektroden.

4. Elektrischer Boiler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden rechteckig ausgebildet und unter Bildung eines divergierenden Keiles zwischen dem Flüssigkeitseinlaß und dem Flüssigkeitsauslaß des Gehäuses angeordnet sind.

5'. Elektrischer Boiler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden jeweils keilförmig ausgebildet und derart angeordnet sind, daß der breitere Teil jeder Elektrode in der Nähe des Flüssigkeitseinlasses des Gehäuses und der schmale Teil in der Nähe des Flüssigkeitsauslasses am Gehäuse angeordnet sind.

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BAD ORIGINAL

β. Elektrischer Boiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Elektroden mehrere öffnungen aufweist.

7, Elektrischer Boiler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Elektroden als ein Metalldrahtgitter
ausgebildet ist.

■ 8. Elektrischer Boiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zur Änderung des Abstandes zwischen ) den Elektroden.

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ORiGiNAL INSPECTED