DE2231373C3

DE2231373C3 - Elektrisch beheizter Verdampfer

Info

Publication number: DE2231373C3
Application number: DE19722231373
Authority: DE
Inventors: Roger Derek Oswald; Basil Dixon Power; David Michael Tooth
Original assignee: British Oxigen Ltd
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1971-06-28
Filing date: 1972-06-27
Publication date: 1978-09-21
Also published as: DE2231373A1; FR2144355A5; GB1395494A; IT959988B; DE2231373B2

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrisch beheizten Verdampfer nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Aus der GB-PS 11 82 421 ist bereits ein Verdampfer dieser Art bekannt, der im wesentlichen aus dem hohlzylindrischen porösen Heizelement und zwei an dessen beiden Enden angeordneten elektrischen Anschlußkörpern besteht, von denen einer hohl ausgebildet ist und zum Einleiten der zu verdampfenden

Flüssigkeit in das Innere des Heizelements dienen kann. Ein derartiger Verdampfer besitzt zwar gegenüber Verdampfern, die mit einem in die zu verdampfende Flüssigkeit eingetauchten Heizgerät arbeiten, den Vorteil einer geringen thermischen Trägheit, d. h. einer

kurze:: Anfahrzeit beim Einschalten und einer kurzen

Auslaufzeit beim Ausschalten, jedoch wirft der Betrieb

des porösen Heizelements erhebliche Probleme auf.

ίο Zunächst ergibt sich aus der Forderung, daß die durch das Heizelement hindurchtretende Flüssigkeit nicht nur erwärmt, sondern im wesentlichen vollständig verdampft werden soll, die Schwierigkeit, daß die Struktur des Heizelements die erhebliche Volumenvergrößerung

der zu verdampfenden Flüssigkeit beim Übergang in die Dampfphase ermöglichen muß, wobei jedoch gleichzeitig eine gleichförmige Kühlung des Heizelements bzw. ein gleichmäßiger Wärmeentzug durch die zu verdampfende Flüssigkeit bzw. den Dampf stattfinden muß, damit keine heißen Stellen am Heizelement entstehen, die zu dessen vorzeitiger Zerstörung führen würden. Außerdem läßt die Sprödigkeit des porösen Heizelements die beim Einschalten und Ausschalten auftretenden Wärmedehnungsbewegungen zu einem erheblichen Problem wenden. Kann sich das Heizelement nicht frei ausdehnen, so entstehen bald einen hohen Widerstand aufweisende Kontaktstellen mit den elektrischen Anschlüssen, was wiederum zur vorzeitigen Zerstörung des Heizelements führt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdampfer der eingangs dargelegten Art unter Berücksichtigung der eben genannten Schwierigkeiten

zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die

im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebene Anordnung gelöst

Die Erfindung bringt den technischen Fortschritt, daß durch die die Innenfläche des Heizelements bedeckende Auskleidung, die zwar porös, jedoch elektrisch isolierend ist und deshalb nicht direkt durch den Heizstrom erwärmt wird, die in das Heizelement zugeführte, zu verdampfende Flüssigkeit gleichmäßig über die gesamte Innenfläche des Heizelements verteil* wird, wobei die Auskleidung gleichzeitig einen Strömungswiderstand bildet, der bewirkt daß die hindurchtretende Flüssigkeit der im Heizelement freigesetzten Wärme angepaßt ist und vor dem Erreichen der Außenfläche des Heizelements im wesentlichen vollständig verdampft wird. Durch die von der Auskleidung bewirkte gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit über das gesamte Heizelement werden heiße Stellen vermieden. Außerdem kann sich bei der erfindungsgemäßen Anordnung das Heizelement frei ausdehnen und zusammenziehen, wobei durch die Federmittel ein stets gleichbleibender Kontaktdruck an den an den beiden Enden des Heizelements befindlichen elektrischen Anschlüssen gewährleistet ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und eine spezielle Anwendung des erfindungsgemäßen Verdampfers sind

Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben, die einen Verdampfer im Längsschnitt darstellt

Der Verdampfer weist in der Mitte ein Tragrohr 2 auf,

das mit seinem oberen Ende gasdicht an einer nicht gezeigten Halterung befestigt ist und durch welches die zu verdampfende Flüssigkeit in den Verdampfer eingeleitet wird. Auf dem Tragrohr 2 ist eine

Manschette 4 befestigt, neben welcher eine weitere verschiebbare Manschette 6 aus Isoliermaterial angeordnet ist Zwischen den beiden Manschetten sind Tellerfedern 8 angeordnet

Zusammen mit der Manschette 6 ist eine Muffe 10 auf dem Tragrohr 2 verschiebbar, welche gegen das Austreten von Flüssigkeit aus dem Verdampfer abgedichtet und durch eine Kunststoffschicht 12 elektrisch gegen das Tragrohr 2 isoliert ist, das als elektrische Heizstromzuleitung dient

An der Muffe 10 ist ein dünnwandiges Rohr 14 angebracht, dessen unteres Ende an einer Metallkappe 16 befestigt ist, die ihrerseits an einem kurzen dünnwandigen Rohrzwischenstück 18 aus rostfreiem Stahl befestigt ist Das Rohrzwischenstück 18 ist an seinem oberen Ende mit einem Flansch 20 verbunden. Das Rohr 14 dient außerdem als zweite elektrische H eizstromzulei tung.

Die Metallkappe 16 ist mittels einer Dichtung 24 aus flexiblem Graphit elektrisch leitend mit dem oberen Ende eines porösen Heizelements 22 verbunden. Eine ähnliche Dichtung 26 befindet sich zwischen dem unteren Ende des Heizelementes und einer zweiten Metallkappe 28, welche mittels einer Mutter 30 am unteren Ende des Tragrohres 2 befestigt ist.

In inniger Berührung mit dem Heizelement 22 sind auf dessen Innenfläche drei Lagen einer porösen, temperaturbeständigen Auskleidung 32 angeordnet, die aus keramischen Fasern in papierartiger Form hergestellt sein kann. Wegen der Notwendigkeit einer innigen Berührung dieser Auskleidung mit der Innenfläche des Heizelements 22 ist in der zwischen dem Tragrohr 2 und der Auskleidung gebildeten Kammer 34 eine nicht gezeigte Feder angeordnet, welche die Auskleidung nach außen gegen das Heizelement 22 drückt

Die zu verdampfende Flüssigkeit strömt durch Durchtrittsöffnungen 36 im Tragrohr 2 in die Kammer 34 hinein. Da das Tragrohr 2 auch als Stromzuleitung für das Heizelement dient, wird durch die im Tragrohr 2 frei werdende Joulesche Wärme die Flüssigkeit vorgewärmt

Mit Abstand um das Heizelement 22 herum kann ein Verdampfergehäuse 38 mit einer Dampfaustrittsdüse 40 angeordnet sein, durch welch letztere der erzeugte Dampf z. B. in eine Dampfstrahl-Vakuumpumpe geleitet werden kann. Die Eintrittsöffnung der Dampfaustritisdüse 40 ragt durch die stirnseitige Gehäusewand 42 in das Verdampfergehäuse 38 hinein. Dadurch wird sichergestellt daß durch das Heizelement 22 hindurchgedrungene unverdampfte Flüssigkeit und im Verdampfergehäuse 38 entstandenes Kondensat nicht in die Dampfaustrittsdüse 40 hineingelangt sondern durch ein Ablaufrohr 44 abfließt

Das Verdampfergehäuse 38 wird über ein dünnwandiges Rohrzwischenstück 48 aus rostfreiem Stahl von

is einem Flansch 46 getragen, der gasdicht am Flansch 20 befestigt ist Das Rohrzwischenstück 48 hat einen nur geringen radialen Abstand vom Rohrzwischenstück 18. Der verbleibende kleine Spalt verhindert weitgehend, daß Dampf zum kalten Flansch 20 gelangen kann, wodurch die Kondensation im Inneren des Verdampfers klein gehalten wird. Ebenfalls am Flansch 46 ist mittels eines konischen Übergangsstückes 50 eine Abschirmung 52 gegen Wärmeabstrahlung befestigt
Im Betrieb des Verdampfers fließt der elektrische Strom durch das Tragrohr 2 und die Metallkappe 28 zum Heizelement 22 und über die Metallkappe 16 und das Rohr 14 zurück. Das Heizelement 22 besitzt den größten elektrischen Widerstand, so daß dort der größte Anteil an Joulescher Wärme erzeugt wird. Nach verhältnismäßig kurzer Zeit erreicht das Heizelement 22 eine solche Temperatur, daß die durch seine Poren radial nach außen gedrückte Flüssigkeit verdampft, bevor sie die Außenoberfläche des Heizelements 22 erreicht hat Wegen der geringen Masse des zu erwärmenden Materials benötigt der Verdampfer nur eine kurze Aufheizzeit bevor er seine Betriebstemperatur erreicht Beim Abschalten wird der Heizstrom kurz vor der Flüssigkeitszufuhr ausgeschaltet so daß das Heizelement 22 durch frische Flüssigkeit schnell abgekühlt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrisch beheizter Verdampfer mit einem hohlzylindrischen porösen Heizelement aus elektrischem Widerstandsmaterial, durch welches die zu verdampfende Flüssigkeit radial hindurchtritt, gekennzeichnet durch ein die zu verdampfende Flüssigkeit zuführendes Tragrohr (2), das durch das Heizelement (22) hindurchverläuft und an seinem Ende an dem benachbarten Ende (28) des Heizelements befestigt (30) ist, weiter durch eine mindestens einschichtige, mit der Innenfläche des Heizelements in inniger Berührung stehende Auskleidung (32) aus ebenfalls porösem, jedoch elektrisch isolierendem Material, welche das mit Durchtrittsöffnungen (36) versehene Tragrohr mit Abstand umgibt, ferner durch eine indirekt mit dem anderen Ende (16) des Heizelements verbundene, gasdicht auf dem Tragrohr verschiebbare Manschette (6), und durch Federmittel (8), die zwischen der verschiebbaren Manschette und einer fest auf dem Tragrohr befestigten Manschette (4) angeordnet sind und auf das Heizelement einen dessen Wärmedehnungsbewegung entgegengerichteten axialen Druck ausüben.

2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse, elektrisch isolierende Material der Auskleidung (32) aus in papierartige Form gebrachten keramischen Fasern besteht

3. Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragrohr (2) als Heizstromzuführung für das Heizelement (22) dient

4. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die beiden Enden des Heizelements (22) mit als elektrische Anschlüsse dienenden Metallkappen (16,28) verbunden sind und daß die Verbindungsstellen zwischen dem Heizelement und den Metallkappen durch flexible, elektrisch leitende Dichtungen (24, 26) gasdicht abgedichtet sind.

5. Verdampfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (24, 26) aus Graphit bestehen.

6. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte andere Ende des Heizelements (22) über ein dünnwandiges, gering wärmeleitfähiges Rohrzwischenstück (18) mit einem der Umgebungstemperatur ausgesetzten Flansch (20) verbunden ist und daß an diesem Flansch über ein das genannte Rohrzwischenstück mit geringem Abstand umgebendes weiteres, ebenfalls gering wärmeleitfähiges Rohrzwischenstück (48) ein eine Dampfaustrittsdüse (40) tragendes Verdampfergehäuse (38) befestigt ist.

7. Anwendung eines elektrisch beheizten Verdampfers nach einem der Ansprüche 1 bis 6 bei einer Dampfstrahl-Vakuumpumpe.