DE2035287B2 - Anordnung zum Aufheizen von Gasen - Google Patents
Anordnung zum Aufheizen von GasenInfo
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- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H3/00—Air heaters
- F24H3/02—Air heaters with forced circulation
- F24H3/04—Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufheizen eines Gases, bestehend aus einem oder mehreren
gegebenenfalls unter Verwendung von Dichtungen miteinander verbundenen, beheizten Graphitblöcken,
der bzw. die rohrförmige Bohrungen oder Schlitze für den Durchgang des zu erhitzenden Gases aufweist bzw.
aufweisen.
Zur Erwärmung von Fluiden sind Wärmeaustauscher bekanntgeworden, die einen oder mehrere rohrförmige
Bohrungen für den Durchgang der Fluide aufweisende Graphitblöcke enthalten. Diese bei Temperaturen von
einigen Hundert Grad Celsius eingesetzten Wärmeaustauscher sind für das Aufheizen von Gasen auf höhere
Temperaturen wegen der für diese Bedingungen verhältnismäßig ungünstigen Wärmeübergangszahlen
nicht geeignet. Wenig effektiv für das Aufheizen strömender Gase sind wegen der kleinen Austauschfläche
und des schlechten Wärmeübergangs auch Heizvorrichtungen, die ein oder mehrere in einer Heizkammer
angeordnete Widerstandsheizeiemente aufweisen. Durch die amerikanische Patentschrift 34 97 674 ist es
schließlich bekannt, die Wärmeaustauschfläche derartiger Heizvorrichtungen dadurch zu vergrößern, daß die
Widerstandsheizelemente in einer porösen Schüttung eines feuerfesten körnigen Materials angeordnet sind,
durch welche das zu erhitzende Gas geleitet wird. Die
iü Wärmeübergangsbedingungen sind in dieser Anordnung
jedoch nicht stabil, da sich Änderungen der Packungsdichte der Schüttung während des Betriebs
oder bei Neuzustellungen kaum vermeiden lassen. Es ist auch nicht ohne weiteres möglich, bestimmte Temperaturprofile
innerhalb der Schüttung vorzugeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad von Heizvorrichtungen zum Aufheizen
von Gasen auf hohe Temperaturen durch Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche und der Wärmeübergangszahlen
zu verbessern, die Bedingungen für den Wärmeübergang zu stabilisieren und die Reparatur der
Heizvorrichtung zu vereinfachen.
Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
der Graphitblock bzw. die Graphitblöcke durch mindestens ein Widerstandsheizelement beheizt ist bzw.
sind, das in einer Ausnehmung des Graphitblocks auswechselbar angeordnet ist.
Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung
JO weist der Graphitkörper jeweils zwei oder mehr in Ausnehmungen angeordnete, gegebenenfalls gegeneinander
versetzte Widerstandsheizelemente auf. Die Widerstandsheizelemente bestehen vorteilhafterweise
aus Kohlenstoff oder Graphit. Neben Dreiphasenele-
iä menten sind nach der Erfindung U-förmige, W-förmige
und spiralförmige Widerstandsheizelemente sowie aus zwei an einem Ende elektrisch verbundenen, koaxialen
Rohren bestehende Elemente besonders vorteilhaft. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs ist die Länge des
id Graphitblocks vorzugsweise derart bemessen, daß die Einlaufturbulenz über die Blocklänge erhalten bleibt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung ist die Ausnehmung des Graphitblocks mit einer Bohrungen
zur Durchführung des Widerstandsheizelements auf-
ή weisenden Platte aus einem thermisch beständigen,
elektrisch nichtleitenden keramischen Material abgedeckt. Die Dichtung zwischen Graphitkörper und
Keramikplatte sowie zwischen Heizelement und Keramikplatte besteht vorzugsweise aus flexiblem Graphit
w oder auch aus Graphittextilien.
Weist die Heizvorrichtung mehrere Widerstandsheizelemente auf, ist zweckmäßig die Heizleistung jedes
Widerstandsheizelements unabhängig voneinander regelbar. Als Verbindungselemente weisen die Graphit-
r>> blocke stirnseitig Nut und Feder auf. Als zusätzliche
Dichtung zwischen zwei Graphitblöcken sind Folien aus flexiblem Graphit oder kohlenstoffhaltige Kittmassen
geeignet.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ho bestehen insbesondere darin, daß ein Großteil der dem
Widerstandsheizelement zugeführten Energie durch Strahlung auf den Graphitkörper übertragen wird, so
daß die gesamte Oberfläche der Bohrungen und Schlitze Wärmeaustauschfläche ist. Die absorbierte Wärme-
iv'i strahlung wird wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit
von Graphit gleichmäßig über den Graphitblock verteilt und sodann auf das die Bohrungen und Schlitze
durchströmende Gas durch Konvektion übertragen.
Länge, Breite und Höhe der Graphitblöcke, die Anzahl der Bohrungen oder Schütze sowie der Bohrungsdurchmesser
bzw. die Schlitzbreite können für einen gegebenen Strömungswiderstand durch Rechnung oder
aber durch Versuche für ein vorgegebenes Gas-Temperatur-Profil ermittelt werden. Temperaturprofile im
strömenden Gas können auch durch die Reihenanordnung mehrerer Graphitblöcke eingestellt werden, wobei
ein vorgegebenes Profil durch Änderung der Wärmeaustauschfläche oder aber der Heizleistungen
eingestellt werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders zum Aufheizen von nichtoxidierenden Gasen.
Das Aufheizen von oxidierenden Gasen oder Dämpfen ist dann möglich, wenn Austauschflächen und Heizelemente
in bekannter Weise mit einer oxidationsbeständigen Deckschicht versehen worden sind.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren in beispielhafter Ausführung näher erläutert
F i g. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung mit einem stabförmigen Heizelement
F i g. 2 zeigt einen Schnitt A-A der F i g. 1.
F i g. 3 zeigt eine Ausführung mit einem U-förmigen Heizelement
F i g. 4 zeigt einen Schnitt ß-ßder F i g. 3.
F i g. 5 zeigt eine Ausführung mit mehreren hintereinandergeschalteten
Graphitblöcken.
F i g. 6 zeigt schernatisch eine weitere Ausführung mit
W-förmigen Widerstandsheizelementen.
In F i g. 1 ist 1 ein Graphitblock mit einer Anzahl von vertikalen, parallel zu den Seitenflächen verlaufenden
Schlitzen 2 und einem aus zwei koaxialen Rohren bestehenden Widerstandsheizelement 3, das mit flexiblen
Metallbändern 4 mit einer zeichnerisch nicht dargestellten Stromquelle verbunden ist Der Graphitblock
weist eine quaderförmige Ausnehmung 7 (F i g. 2) auf, die mit einer Platte 5 aus Aluminiumoxid
abgeschlossen ist. Zur Durchführung des aus Graphit bestehenden Heizelements ist die Platte mit einer
Bohrung versehen. Die Dichtungselemente 6 zwischen Keramikplatte und Graphitblock sowie zwischen
Keramikplatte und Widerstandsheizelement bestehen aus flexiblem Graphit Zu- und Ableitung des aufzuheizendes
Gases erfolgen über zeichnerisch nicht dargestellte Stutzen.
Der Graphitblock ist in einem mit keramischen
Der Graphitblock ist in einem mit keramischen
* Isolierstoffen ausgekleideten Stahlbehälter angeordnet
der zugleich ein inertes Gas, z. B. Stickstoff enthält Durch Erhöhung des Stickstoffdrucks über den Druck
des die Schlitze durchströmenden Gases können in bekannter Weise Diffusionsvcrluste vermieden werden.
ίο Zum Auswechseln eines zerbrochenen oder sonstwie
unbrauchbar gewordenen Heizelements werden der Deckel des Stahlbehälters abgeklappt die auf der
Keramikplatte 5 liegenden Schamottesteine entfernt und nach Abziehen der Dichtung 6 die Platte 5 und das
■> Heizelement 3 entnommen.
Die Fig.3 und 4 zeigen eine Anordnung mit gekapseltem Widerstandsheizelement Der zylindrische
Graphitkörper 8 mit einem Permeabilitätskoeffizienten von etwa 10-5cm2/sec weist achsenparallele Bohrun-
2i> gen 9 und eine Ausnehmung 13 auf, in der das U-förmige
Widerstandsheizelement 10 angeordnet ist Die Ausnehmung ist mit einer aus Bornitrid bestehenden Platte 11,
die Bohrungen zur Durchführung des Widerstandsheizelements aufweist sowie mit den Dichtungselementen
/"> 12 gasdicht verschlossen. Das aufzuheizende Gas
berührt das Widerstandsheizelement nicht, wodurch die Spaltung von thermisch instabilen Gasen an dem heilten
Element vermieden wird.
In der Fig. 5 sind mehrere, Nut und Feder
ίο aufweisende Graphitblöcke 14 hintereinander angeordnet
Jeder Block enthält stirnseitig eine Ausnehmung, in die je ein U-förmiges Widerstandsheizelement 17
eingreift Die Dichtungen 19 zwischen Heizelement und Aluminiumoxidplatte 18 sowie die Dichtung 15 zwi-
ii sehen je zwei Graphitblöcken bestehen aus flexiblem
Graphit
Die Heizvorrichtung nach Fig. 6 weist einen Graphitblock 20 mit einem gewinkelten Kanal 21 auf,
dessen Oberfläche 22 geschlitzt ist und in dem zwei
κι W-förmige Widerstandsheizelemente angeordnet sind.
Deckplatten und Dichtungen sind in der schematischen Zeichnung nicht dargestellt.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Vorrichtung zum Aufheizen eines Gases, bestehend aus einem oder mehreren gegebenenfalls
unter Verwendung von Dichtungen miteinander verbundenen, beheizten Graphitblöcken, der bzw.
die rohrförmige Bohrungen oder Schlitze für den Durchgang des zu erhitzenden Gases aufweist bzw.
aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Graphitblock bzw. die Graphitblöcke durch
mindestens ein Widerstandsheizelement beheizt ist bzw. sind, das in einer Ausnehmung des Graphitblokkes
auswechselbar angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der oder die Graphitkörper jeweils zwei oder mehr in Ausnehmungen angeordnete,
vorzugsweise gegeneinander versetzte, Widerstandsheizelemente aufweist bzw. aufweisen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsheizelemente
aus Kohlenstoff oder Graphit bestehen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsheizelemente
aus zwei an einem Ende elektrisch verbundenen koaxialen Rohren, aus Dreiphasenelementen oder
aus U-, W- oder spiralförmigen Elementen bestehen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Graphitkörpers
kleiner als die Länge der Einlaufturbulenz ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung mit einer
Bohrungen zur Durchführung eines Widerstandsheizelementes aufweisenden Platte aus
einem thermisch beständigen, elektrisch nicht leitenden Material abgedeckt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung zwischen Graphitkörper
und Abdeckplatte sowie zwischen Widerstandsheizelement und Abdeckplatte aus flexiblem Graphit besteht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung jedes Widerstandsheizelements
unabhängig voneinander regelbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitkörper stirnseitig
Nut und Feder aufweisen.
Priority Applications (3)
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Family Applications (1)
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- 1970-07-16 DE DE19702035287 patent/DE2035287C3/de not_active Expired
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