DE2226800A1 - Electric heater for liquids and gases and process for their manufacture - Google Patents
Electric heater for liquids and gases and process for their manufactureInfo
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Description
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. H.LE1NWE3KÄ dining. H. ZIMMERMANN . H.LE1NWE3KÄ dining. H. ZIMMERMANN
2 2 2 6 8 U U ι München 2, Rotental 7, i. au»8.2 2 2 6 8 UU ι Munich 2, Rotental 7, i. a u » 8 .
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2. Juni 19722nd June 1972
Untar Ζ·Ιφ·ηUntar Ζ φ η
Ei/Sd/3891 Terence Peter Nicholson, StocksfieLd/EnglandEi / Sd / 3891 Terence Peter Nicholson, StocksfieLd / England
Elektrischer Heizer für Flüssigkeiten und Gase und Verfahren zu seiner HerstellungElectric heater for liquids and gases and process for their manufacture
Die Erfindung bezieht sich auf das Heizen von Flüssigkeiten oder Gasen; während sich die erfindungsgemäße Heizung zwar für das Heizen von statischen Flüssigkeitsvolumen durchaus eignet, erweist sie sich als am besten in Verbindung mit Systemen, bei denen ein Strom des zu erwärmenden Strömungsmittels während des Heizvorgangs durch den Heizer hindurchgeleitet wird.The invention relates to the heating of liquids or gases; while the heater according to the invention While it is well suited for heating static volumes of liquid, it is best used in conjunction with Systems in which a stream of the fluid to be heated is passed through the heater during the heating process will.
Der erfindungsgemäße Heizer ist besonders, jedoch nicht ausschliesslich bei Haus-Zentralheizungsanlagen anwendbar und kann auch in der Industrie verwendet werden, beispielsweise zum Erwärmen von Lebensmitteln oder Chemikalien.The heater of the present invention is special, but not only applicable to house central heating systems and can also be used in industry, for example for heating food or chemicals.
; Es ist bisher üblich, bei diesen Anwendungen Heizeinrichtungen mit elektrischen Widerstandselementen zu verwenden, die in da$ zu erwärmende Strömungsmittel eingetaucht sind. Die in direkter Berührung mit dem Strömungsmittel stehende Oberfläche solcher Elemente ist jedoch; klein und die Zeit zum Erwärmen eines Strömungsmittelvolumens ist entsprechend groß.; It has been customary to use heating devices in these applications to be used with electrical resistance elements immersed in the fluid to be heated. the surface in direct contact with the fluid such elements is however; small and the time to heat a volume of fluid is correspondingly large.
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Die Erfindung schafft einen Heizer für StrömungsmittelThe invention provides a heater for fluid
mit einer Mehrzahl von übereinander angeordneten, wärmeleiten- 'with a plurality of superimposed 'heat conducting'
i den Platten, vorzugsweise aus Metall, von denen abwechselnde | Paare benachbarter Platten jeweils zwischen sich ein elektri- , sches Heizelement angeordnet haben, während die anderen der abwechselnden Paare benachbarter Platten Durchtrittskanäle : für das zu erwärmende Strömungsmittel begrenzen.i the plates, preferably made of metal, of which alternating | Pairs of adjacent plates each have an electrical, cal heating element arranged between them, while the other of the alternating pairs of adjacent plates passage channels: limit for the fluid to be heated.
Die Durchtrittskanäle für das Strömungsmittel können jeweils Führungen zum Leiten des Strömungsmittels durch den Heizer enthalten, beispielsweise gewellte Elemente, die zwischen den die Kanäle begrenzenden Platten eingesetzt sind und deren Wellungen gegen die Platten drücken und in der gewünschten Flugrichtung des zu erwärmenden Strömungsmittels verlaufen.The passage channels for the fluid can each have guides for guiding the fluid through the Heaters contain, for example, corrugated elements that are inserted between the plates delimiting the channels and whose corrugations press against the plates and run in the desired direction of flight of the fluid to be heated.
Ein Verfahren zum Herstellen des elektrischen Heizers für Flüssigkeiten und Gase umfaßt die folgenden Schritte:A method of manufacturing the liquid and gas electric heater includes the following steps:
I) Herstellen einer Mehrzahl von Untereinheiten, von denen jede zwei übereinanderliegende, wärmeleitende Platten umfaßt;I) Manufacture of a plurality of sub-units, each of which has two superposed, thermally conductive Includes plates;
II) Anbringen von Abstandsleisten entlang zwei parallelen Seiten der Außenfläche jeder Platte, wobei jede Abstandsleiste etwa die halbe Höhe ydes zum Unterbringen eines elektrischen Heizelements benötigten Zwischenraums hat; ; ;Ii) placing spacer strips along two parallel sides of the outer surface of each plate, each spacer strip being approximately half the height y of the space required to accommodate an electrical heating element; ; ;
III) abwechselndes Aufeinanderstapeln der UntereinheitenIII) alternating stacking of the sub-units
und der Heizelemente;and the heating elements;
IV) Anbringen eines Boden- und eines Deckteils an den { Stapel; und , IV) attaching a base and a cover to the {stack; and ,
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V) Verbinden der Bestandteile des Stapels miteinander.V) connecting the components of the stack to one another.
Vorzugsweise umfaßt das Verfahren den weiteren Schritt, zwischen die Platten der einzelnen Untereinheiten Führungsmittel einzusetzen, beispielsweise gewellte Elemente,um das zu erwärmende Strömungsmittel durch den Heizer zu leiten.The method preferably comprises the further step of guiding means between the plates of the individual subunits use, for example, corrugated elements to heat the To direct fluid through the heater.
Weitere Einzelheiten, · Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Auf der Zeichnung zeigenFurther details, advantages and features of the invention emerge from the following description. On the drawing demonstrate
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heizers;Fig. 1 is a side view of an embodiment of an inventive Heater;
Fig. 2, 3 und 4 perspektivische Ansichten zur Darstellung von Verfahrensschritten bei der Herstellung des Heizers;Figs. 2, 3 and 4 are perspective views for illustration of process steps in the manufacture of the heater;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des fertiggestellten Heizers;Fig. 5 is a perspective view of the completed heater;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des mit einer Ausführung eines EinlaJßteils und eines Auslaßteils ausgestatteten Heizersj undFig. 6 is a perspective view of the one equipped with an embodiment of an inlet part and an outlet part Heizersj and
Fig. 7 denselben Heizer, der mit einer anderen Ausführungsform eines Einlaßteils und eines Auslaßteils ausgestattet ist.Fig. 7 shows the same heater equipped with a different embodiment of an inlet part and an outlet part is.
Wie am besten aus den Fig. 1 und 5 ersichtlich ist, enthält der Heizer eine Anzahl dünner, übereinanderliegender Ketallplatten 10, die den Heizer in eine Reihe 'von Schichten unterteilen. Abwechselnde Schichten sind auf.jeder Seite offen, wie durch das Bezugszeichen 12 angedeutet ist. In jedem zwischen den offenen Selten 12 liegenden Volumen ist ein isoliertes,As best seen in FIGS. 1 and 5, contains the heater a number of thin, superimposed metal plates 10, which the heater in a series of layers subdivide. Alternating layers are open on each side, as indicated by the reference number 12. In each volume lying between the open rare 12 is an isolated,
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rechteckiges Heizelement 14 angeordnet. Jedes dieser Heizelemente 14 liegt auf einer der Metallplatten 10 und hat eine solche Höhe, daß es im wesentlichen den gesamten Zwischenraum zwischen den benachbarten Platten füllt. Elektrische Zuleitunger zu den Heizelementen 14 können zweckmäßigrweise durch eine der offenen Seiten 12 zugeführt sein.rectangular heating element 14 arranged. Each of these heating elements 14 lies on one of the metal plates 10 and has one such a height that it fills substantially all of the space between the adjacent plates. Electrical supply lines can expediently be fed to the heating elements 14 through one of the open sides 12.
Die anderen der abwechselnden Schichten bieten Durchgänge für das zu erwärmende Strömungsmittel, das durch Einlaßöffnungen 15 an der Vorderseite des Heizers eintritt und durch an der Rückseite des Heizers unmittelbar gegenüber den Einlaßöffnungen 15 angeordnete, in Fig. 5 nicht sichtbare Auslaßöffnungen austritt. Um einen optimalen Wärmeübergang zu erhalten, ist es wichtig, dass das Strömungsmittel gleichmäßig über die gesamte Fläche jedes Heizelements fliesst. Für diesen Zweck sind im Heizer Führungsrippen vorgesehen. In der dargestellten Form bestehen die Führungsrippen aus gewellten Elementen, die zwischen benachbarten Metallplatten eingeklemmt sind, sodaß die Scheitel der Wellungen hart gegen die Flächen der beiden Platten gedrückt sind und sich ein Leitblecheffelct ergibt.The other of the alternating layers provide passageways for the fluid to be heated entering through inlet openings 15 at the front of the heater and by arranged on the rear side of the heater directly opposite the inlet openings 15, which are not visible in FIG Outlet openings. To get an optimal heat transfer it is important that the fluid is even flows over the entire surface of each heating element. Guide ribs are provided in the heater for this purpose. In the In the form shown, the guide ribs consist of corrugated elements sandwiched between adjacent metal plates are so that the crests of the corrugations are pressed hard against the surfaces of the two plates and a baffle plate is formed results.
Im folgenden wird die Herstellung des in den Fig. 1 und 5 dargestellten Heizers im einzelnen beschrieben.The manufacture of the heater shown in FIGS. 1 and 5 will now be described in detail.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer der Platten 10, an der entlang zwei parallelen Rändern Abstandsleisten 18 angebracht sind, die jeweils, in der Dimension mit rechten Winkeln zur Platte 10 gemessen, eine Dicke gleich dem halben Abstand zwischen zwei Platten 10, die eines der Heizelemente 14 aufnehmen sollen, aufweisen, also eine Dicke, die etwa gleich der halben Dicke des Heizelements selbst isö.FIG. 2 shows a perspective view of one of the plates 10, on which spacer strips along two parallel edges 18 are attached, each measured in the dimension at right angles to the plate 10, a thickness equal to that half the distance between two plates 10, which are to receive one of the heating elements 14, that is, a thickness that approximately equal to half the thickness of the heating element itself isö.
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Das Verbinden der Platten 10 und der Abstandsleisten 18 kann durch Schweißen, Hartlöten oder Löten erfolgen/Die Verwendung einer Schmelzschweißung hat sich trotz der Dickendifferenz zwischen der Platte und den Abstandsleisten als möglich erwiesen. The joining of the plates 10 and the spacer strips 18 can by welding, brazing or soldering / The use of fusion welding has proven itself despite the difference in thickness between the plate and the spacer bars proved possible.
i/lg. 3 zeigt eine gleiche Platte, an der wiederum die Austandsleisten 18 an einer Seite durch Schweißen, Hartlöten oder Löten angebracht sind; die Platte 10 nach Fig. 3 weist zusätzlich ein gewelltes Element 16 auf, das in seiner Stellung durch Punktschweissen,. Löten oder Hartlöten an der gegenüberliegenden Seite der Platte angebracht ist. An den unden dieses gewellten Elements 16 sind weitere Abstandsleisten 20 angeschweisst, gelötet oder hartgelötet, die eine geringfügig kleinere Höhe als das gewellte Element 16 haben.i / lg. 3 shows the same plate on which again the Resistance strips 18 are attached to one side by welding, brazing, or soldering; the plate 10 according to FIG. 3 has in addition, a corrugated element 16, which is in its position by spot welding. Solder or braze on the opposite one Side of the plate is attached. At the ends of this corrugated element 16 are further spacer strips 20 welded, soldered or brazed, the one slightly have a smaller height than the corrugated element 16.
Als nächsten Schritt des Vorgangs wird eine Untereinheit nach fig. 2 genommen, umgekehrt und in einer Lage oben auf der Untereinheit nach jp'ig. 3 punktverschweißt, wie es in ii'ig. 4 dargestellt ist.As the next step in the process, a sub-unit according to fig. 2 taken, reversed and in a position above on the subunit after jp'ig. 3 spot welded as shown in ii'ig. 4 is shown.
Oben und unten am Heizer befindet sich eine Deck- bzw. Boden-Untereinheit mit eier flachen Platte 22 von erheblicher Dicke, an die eine der Abstandsleisten 20 angeschweißt, gelötet oder hartgelötet worden ist. Diese Abstandsleiste 20 entspricht denen auf den Platten 10, sie hat jedoch nur die halbe Höhe. Zwischen den Abstandsleisten 20 ist mit, jeder Platte 22 ein gewelltes Element 24 punktgeschweißt, gelötet oder hartgelötet und dieses Element 24 hat die halbe Höhe der gewellten Elemente Tb. Sciiliesslich wird hierauf eine Untereinheit nach Fig. 2, deren Abstandsleisten 18 vom gewellten Element 24 weggerichtet sind, darauf geschweißt, gelötet- oder hartgelötet. Der Grund,At the top and bottom of the heater is a top and bottom sub-unit with a flat plate 22 of considerable size Thickness to which one of the spacer bars 20 has been welded, soldered or brazed. This spacer bar 20 corresponds those on the plates 10, but it is only half the height. Between the spacer bars 20, each plate 22 is a corrugated element 24 spot welded, soldered or brazed and this element 24 is half the height of the corrugated elements Tb. Finally, a subunit according to Fig. 2 is then whose spacer strips 18 are directed away from the corrugated element 24 are welded, soldered or brazed onto it. The reason,
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warum die Höhe des an die Platten 22 angrenzenden gewellten Elements 24 halbiert ist, ist, daß die Strömungsmittelkanäle an diesen Stellen nur auf einer Seite geheizt sind.why the height of the corrugated adjacent to the plates 22 Element 24 is halved, is that the fluid channels are only heated on one side at these points.
Bei der Beschreibung der Herstellung der Untereinheiten wurde von Schweißen, Löten oder Hartlöten der verschiedenen Teile gesprochen. Um jedoch eine Leckfreiheit und Dichtheit sicherzustellen, kann es, wo durchführbar, zweckmäßig sein, ein Lot- oder Hartlötmittel entlang der Länge jeder der Verbindungslinien anzubringen und die Untereinheiten sowie die zusammengesetzte Untereinheit nach Fig. 4 einzeln vor dem Stapeln hartzulöten« Sofern das Lot- oder Hartlötruaterial auch entlang der Außenseite der Decken- und Bodenwellungen der gewellten Elemente 16 aufgebracht wird, hat dies den Vorteil, daß ein schmaler Steg des Lot- oder Hartlötmaterials entJaig jeder Seite der Wellung erzeugt wird, wodurch 'der Wärmeübergang weiter verbessert wird.In describing the manufacture of the sub-units, welding, soldering or brazing of the various was made Parts spoken. However, in order to ensure freedom from leaks and tightness, it may, where practicable, be expedient to apply solder or braze along the length of each of the connection lines and the subassemblies as well braze the assembled subunit according to FIG. 4 individually before stacking. If the brazing or brazing material is also applied along the outside of the top and bottom corrugations of the corrugated elements 16, this has the advantage that a narrow web of solder or brazing material is created on each side of the corrugation, whereby 'the heat transfer is further improved.
Um die riontage des Heizers abzuschliessen, wird die Bodenplatte 22, deren daran befestigtes gewelltes Element 2'-i und die Abstandsleisten 20 über ihr liegen, in einem iionia^egerüst angeordnet, Obenauf wird ein Heizelement 14 angeordnet. Über diesem werden so viele der zusammengesetzten Untereinheiten nach Fig. 4 gestapelt, wie für notwendig erachtet werden, beispielsweise vier gemäss der Zeichnung, mit jeweils oben einem Heizelement 14. Schliesslich wird die obere Untereinheit oben aufgesetzt, mit dem gewellten Element 24 und den Äbstandsleisten 20 unten an der Deckplatte 22j alle Bestandteile werden miteinander verklammert und werden dann entlang den Verbindungen zwischen aneinandergrenzenden Abstandsleisten 18 und außerdem an den beiden Flächen der vier Ecken entlang,In order to complete the riontage of the heater, the base plate 22, whose corrugated element 2'-i and the spacer bars 20 are above it, in a iionia ^ e frame A heating element 14 is arranged on top. Above this are so many of the composite subunits 4 stacked as may be deemed necessary, for example four according to the drawing, each with above a heating element 14. Finally, the upper sub-unit is placed on top, with the corrugated element 24 and the Spacer strips 20 at the bottom of the cover plate 22j, all components are braced together and then along the joints between adjacent spacer bars 18 and also along the two faces of the four corners,
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also zwischen Pfeilen A-A und Pfeilen B-B in Fig. 5 und entsprechend auch an den anderen Ecken hinunter, gelötet, hartgelötet oder verschweißt.that is, between arrows A-A and arrows B-B in Fig. 5 and accordingly also down at the other corners, soldered, brazed or welded.
Es kann also eine insgesamt geschweißte Einheit hergestellt werden, was insbesondere in der chemischen Industrie vorteilhaft ist. Bei sehr kritischen Anwendungen kann es jedoch empfehlenswert sein, eine Kombination von Schweißen und Hartlöten anzuwenden.A completely welded unit can therefore be produced, which is especially true in the chemical industry is advantageous. For very critical applications, however, it may be advisable to use a combination of welding and brazing apply.
Der Aufbau des Heizers ist so entworfen, daß ein brauchbar gleichmäßiger Strom des Strömungsmittels durch den ; Heizer erzeugt wird, sofern das Strömungsmittel gleichmäßig in den Heizereinlaß eingespeist wird. Die gleichmäßige Einspeisung kann durch die Verwendung von Führungsrippen oder von einer aus einer Anzahl von Sammleranordnungen erreicht werden. Fig. 6 zeigt Einlaß- und Auslaßanordnungen, von denen- jede eine Reihe von abwechselnd gewellten und ebenen dreieckigen Platten 30 bzw. 32 enthält, die durch Abstandsleisten 34 voneinander getrennt sind. In der Zeichnung ist ein Teil der Deckplatte an der Austrittsseite weggebrochen.The construction of the heater is designed so that a usefully even flow of fluid through the; Heater is generated provided the fluid is fed uniformly into the heater inlet. The even feed can be achieved through the use of guide ribs or any of a number of header assemblies. Fig. 6 shows inlet and outlet arrangements, each of which a series of alternating corrugated and flat triangular plates 30 and 32, respectively, which are supported by spacer strips 34 are separated from each other. In the drawing, part of the cover plate is broken away on the exit side.
Fig. 7 zeigt eine andere Ausführung desselben Prinzips, wobei gewellte Platten 36 und ebene Platten 38 von trapezoidaler Form sind, sodaß sich ein Einlaß- und ein Auslaßteil : in Farn eines Rechteck-Pyramidenstumpfs ergibt. In Fig. 7 sind : die Deckplatte des Auslasses und des anscliliessenden Kanals 1Fig. 7 shows another embodiment of the same principle, wherein corrugated plates 36 and flat plates 38 are trapezoidal in shape, so that there is an inlet and an outlet part: in the fern of a rectangular truncated pyramid. In Fig. 7 are : the cover plate of the outlet and the connecting channel 1
zur Darstellung der Konstruktion weggelassen. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist über da* Seitenfläche des Heizers' eino Platte 40 angebracht worden.omitted to illustrate the construction. As can be seen from the drawing, over the * side surface of the heater ' a plate 40 has been attached.
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Obwohl die Fig. 6 und 7 eine abwechselnde Anordnung gewellter und ebener Platten in den Einlassen und Auslassen zeigen, kann ein entsprechender Effekt auch nur durch Verwendung ebener Plattenanordnungen erzielt werden. Insbesondere kann eine Heihe flacher Platten zur Herstellung einer Anordnung im wesentlichen nach Fig. 7 verwendet werden.Although Figs. 6 and 7 have an alternating arrangement of corrugated and even plates in the inlets and outlets show a corresponding effect by just using them flat plate arrangements can be achieved. In particular, a number of flat plates can be used to produce an arrangement can be used essentially as shown in FIG.
Eine weitere, jedoch weniger wirksame Hassnahme zum Steuern der Zuführung ist die Verwendung einer Leitwand oder einer Serie von Leitwänden.Another but less effective hatred for controlling the feeder is the use of a baffle or a series of baffles.
Bei Anwendungen mit hohen Strömungsmitteldrücken kann es zweckmäßig sein, die Steifigkeit des Heizers dadurch zu erhöhen, daß die Seiten des Deck- und des Bodenteils durch eine Reihe von Torsionsstangen verbunden werden. Solche Stangen könnten am Deckteil und am Bodenteil an auf diesen gebildeten entsprechenden Vorsprungpaaren befestigt sein, zwischen denen sie verlaufen, um sich seitlich vom Deckteil und vom Bodenteil weg zu erstrecken. Die Vorsprünge und dazugehörenden Stangen können beispielsweise mit Hilfe von Bolzen und Muttern miteinander verbunden sein; Alternativ kann eine Serie flacher Platten so an das Deckteil und das Bodenteil angeschweißt sein, daß sich die Platten zwischen diesen erstrecken.In applications with high fluid pressures, it can be useful to increase the stiffness of the heater increase that the sides of the top and bottom are connected by a series of torsion bars. Such poles could be attached to the top part and the bottom part at corresponding pairs of protrusions formed on these, between which they run to extend laterally away from the top part and the bottom part. The protrusions and associated rods can for example be connected to one another with the help of bolts and nuts; Alternatively, a series can be shallower Plates be welded to the top part and the bottom part that the plates extend between them.
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