DE2364455A1

DE2364455A1 - Elektrische heizvorrichtung

Info

Publication number: DE2364455A1
Application number: DE2364455A
Authority: DE
Inventors: Hermann J Schladitz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-12-24
Filing date: 1973-12-24
Publication date: 1975-07-03
Also published as: FR2255553A1; CH591663A5; BE823712A; DE2364455C3; AT340030B; GB1442558A; JPS5096956A; CA1038006A; DK658774A; SE7415719L; DE2364455B2; ATA1002674A; IT1027912B; DD115986A5; FR2255553B1

Description

S 803
Hermann J. Sehladitz, München 60, Pl'äntschweg 74 .

Elektrische Heizvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung zum raschen Erhitzen oder Verdampfen von strömendeit Medien, mit mindestens einem porösen Körper aus miteinander verfilzten und an ihren Berührungsstellen metallisch miteinander verbundenen polykristallinen Metallwhiskern oder metallisierten Nichtmetallwhiskern oder -Fäden, der von dem zu erhitzenden Medium durchströmt wird und mit einer Wand aus gut wärmeleitendem Werkstoff in wärmeleitender Verbindung steht, welche ihrerseits ein elektrisches Heizelement darstellt oder von einem solchen erwärmt wird.

Poröse Körper, die aus miteinander verbundenen polykristallinen Metallvihiskern oder metallisiertenNichtnetall-Whiskern oder -Fäden, wie Al^-Whisker, Kohle-, Quarz- oder Gesteinsfasern bestehen, können mit einer außerordentlich großen inneren Oberfläche hergestellt werden, und sie wurden mit gutem Erfolg als elektrische Widerstands-Heizelemente für die Verdampfung oder Vernebelung von flüssigen Brennstoffen verwendet. Da eine direkte Erhitzung durch elektrischen Strom aufgrund der guten elektrischen Leitfähigkeit solcher poröser Körper in manchen Fällen Schwierigkeiten mit sich bringt, wurde bereits eine indirekte elektrische Erhitzung des porösen Körpers vorgeschlagen, die dadurch erreicht wurde, daß der poröse Körper in wärmeleitender Verbindung mit einem durch elektrischen Strom erhitzten Bauelement steht, des-

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sen elektrischen Widerstand ein Vielfaches des elektrischen Widerstandes des porösen Körpers beträgt.

Es hat sich nun gezeigt, daß diese indirekte elektrische Erhitzung zwar erhebliche Vorteile aus der Sicht der zur Verfügung stehenden Energiequelle hat, jedoch im '/ergleich 2U einem durch direkten elektrischen Stromdurchgang erhitzten Whiskers-Skelett eine längere Zeit zur Erhitzung des Mediums auf eine bestimmte Temperatur benötigt, wenn ein zylindrischer poröser Körper größeren Durchmessern verwendet wird, weil der zentrale Bereich dieses zylindrischen porösen Körpers wesentlich weniger stark erwärmt wird, als der äußere Bereich₍der in unmittelbarer Nachbarschaft der durch elektrischen Strom erhitzten Wand ist. Ein Heizelement aus abivechselnd angeordneten Heizscheiben und Whiskerscheiben ist zwar hinsichtlich der gleichmäßigen Ehitzung des Whisker-Skeletts günstiger als der zylindrische Körper, jedoch ist bei diesen Whiskerscheiben, die radial von innen nach außen durchströmt werden, nur eine relativ geringe Verweilzeit für das zu erhitzende Medium möglich, da diese Scheiben aus baulichen Gründen nicht mit zu großem Durchmesser hergestellt werden können. Die Whiskerscheiben müssen also, um eine bestimmte Flüssigkeitsmenge in einer bestimmten Zeit auf eine bestimmte Temperatur zu erhitzen oder sogar zu verdampfen, auf relativ hohe Temperaturen erhitzt werden, was bei der Erhitzung bziT. Verdampfung von Kohlenwasserstoffen die Tendenz zum Cracken und damit zu einer porenverstopfenden Rückstandsbildung verstärkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Heizvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen einfachen Aufbau aufweist und eine schnellere

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Aufhellung des zu erhitzenden Mediums ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der poröse Körper die Form eines Hohlzylinders oder einer dünnen, länglichen Platte hat, mit einer Eintrittsöffnung für das Medium am einen stirnseitigen Ende und mit einer Austrittsöffnung für das erhitzte oder verdampfte Medium am anderen stirnseitigen Ende.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird, verglichen mit einem porösen Vollzylinder, der Bereich des porösen Körpers, der aufgrund seines..großen Abstandes von der wärmeabgebenden Wand nur geringfügig an der Erhitzung des Mediums teilnimmt, v/eggelassen, wodurch einerseits eine erhebliche Einsparung an VJhiskern erzielt vrird und andererseits eine schnellere und vor allem <rle ichmäßigere Erhitzung des Mediums erfolgt, während bei einem Vollzylinder das Medium im zentralen Bereich nur geringfügig erwärmt und daher durch den entsprechend höher erhitzten Teil des den Randbezirk des Vollzylinders durchströmenden Mediums aufgeheizt werden mußte, um die gewünschte mittlere Temperatur zu erreichen. Insbesondere beim Verdampfen von flüssigen Brennstoffen, beispielsvreise Heizöl, Dieselöl oder Benzin, treten hierbei besondere Schwierigkeiten auf, da es nicht zweckdienlich ist, solche Kohlenwasserstoffe über eine bestimmte Temperatur hinaus zu erhitzen, da sonst die Gefahr einer Rückstandsbildung und Crackung besteht. Demzufolge ist es auch sehx* schwierig, den durch den zentralen Bereich des porösen Vollzylinders strömenden Brennstoffteil, der, v/ie vorher erwähnt nicht ausreichend hoch erwärmt werden kann, nun durch entsprechend höhere Erhitzung des den Randbereich des Zylinders durchströmenden Brennstoffteils auf die gewünschte hohe Temperatur zu erhitzen.

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In einer praktischen Ausführungsform der Erfindung ist der poröse Hohlzylinder von einem Innen- und einem Außenrohr begrenzt, wobei zumindest auf den Außenrohr eine Heizwicklung aufgebracht ist, und wobei diese Einheit in ein wärmeisolierendes Gehäuse eingesetzt ist und am einen stirnseitigen Ende einen Zuflußanschluß für das zu erhitzende Medium und am anderen stirnseitigen Ende eine Austrittsöffnung für das erhitzte Medium aufweist. Eine derartige elektrische Heizvorrichtung kann vorzüglich zum Erhitzen von flüssigen Brennstoffen, insbesondere zum Verdampfen von Heizöl verwendet werden. Zu diesem Zweck wird das Gehäuse mit der aus dem porösen Hohlzylinder im Innen- und im Außenrohr und der Heizwicklung bestehenden Einheit zentral in ein Verbrennungsluft führendes Rohr eingesetzt und an seinem die Austrittsöffnung enthaltenden Ende als Ventilsitz ausgebildet. Diese Ausbildung bietet sich als Einweg-Ausführung an, wobei bei einer Störung die Einheit oder auch das Gehäuse mit der Einheit ausgebaut und weggeworfen und durch eine neue Vorriehtung ersetzt wird. Dabei kann das Gehäuse mit der Einheit lösbar an einem Deckel angebracht sein, der eine öffnung in der Wand des die Verbrennungsluft führenden Rohres verschließt*

Zusätzlich zu den Erhitzung des Außenrohres oder anstelle derselben kann auch das Innenrohr elektrisch beheizt werden. Alternativ kann das Innenrohr mit einer Abgasleitung in Verbindung stehen, sodaß zusätzlich zu der elektrischen Erhitzung des Außenrohred eine Erhitzung des Innenrohres durch die heissen Abgase stattfindet.

Wird anstelle eines Hohlzylindera eine dünne längliche Platte für die Form des porösen Körpers gewählt, so ist es für die Erhitzung von flüssigen Brennstoffen, insbesondere für das Verdampfen von Heizöl, zweckmässig., daß

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mehrere plattenförmige poröse Körper mit elektrisch beheizter Ummantelung parallel zueinander, jedoch in einem Abstand voneinander, in einem Gehäuse angeordnet sind, wobei die Zwischenräume zwischen benachbarten Platten als Durchtrittskanfile für die Verbrennungsluft dienen.

Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigt: ·

Fig. 1 einen Teil eines ölbrenners"mit einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung zum Verdampfen des Heizöls, und

Fig. 2 eine anders ausgebildete elektrische Heizvor- -' \ richtung, die in dem in Fig. 1 gezeigten ölbrenner verwendet werden könnte.

Es sei zunächst auf Fig. 1 bezuggenommen. Der dort gezeigte ölbrenner weist ein Verbrennungsluft führendes Rohr 1 auf, welches an seinem brennkammerseitigen Ende durch ein Lochblech 2 verschlossen ist. Zentral ist in dem Rohr 1 eine zylindrische elektrische Heizvorrichtung 3 angeordnet, die zum Verdampfen des mit der Verbrennungsluft zu vermischenden Heizöls dient. Die elektrische Heizvorrichtung 3 besteht aus einem porösen Körper *t in Form eines Hohlzylinders, der von einem Innenrohr 5 und einem Aussenrohr 6 begrenzt istv Der poröse Körper ¹I besteht aus miteinander verfilzten und an ihren Berührungsstellen metallisch miteinander verbundenen polykristallinen Metallwhiskern oder metallisierten Nichtmetallwhiskern oder -Fäden, und er steht in wärmeleitender Verbindung sowohl mit dem Innenrohr

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5 als auch mit dem Aussenrohr 6. Diese Verbindung kann beispielsweise durch Ansintern oder durch Metallabscheidung, vorzugsweise durch thermische Zersetzung einer Metallverbindung, insbesondere eines Metallcarbonyle, erfolgen. Das Innenrohr 5 ist an seiner Innenfläche und das Aussenrohr 6 ist an seiner Aussenflache mit je einer elektrischen Heizwicklung 7 bzw. 8 versehen, die mit einer nicht gezeigten elektrischen Stromquelle verbunden werden.können. Das Innenrohr 5 und der den porösen Körper *t aufnehmende Zwischenraum 9 zwischen den Rohren 5 und 6 sind auf der einen Seite durch einen Deckel 11 und auf der anderen Seite durch einen Deckel 10 verschlossen. Durch den Deckel 11 erstreckt sich ein ülzuführungsrohr· 12, das in den Zwischenraum 9 mündet. Der Deckel 10 weist In Bereich des Zwischenraumes 9 eine Anzahl von Austrittsöffnungen 13 auf, die in eine Kammer I¹J münden, welche einerseits von dem Deckel 10 und andererseits von den Abschluß 15 des Aussenrohres 6 begrenzt ist. Die Kammer Ik besitzt eine Ausströmöffnung 16 mit einem Ventilsitz 17» der in später noch zu beschreibender V/eise mit einem Ventilkörper 18 zusammenvrirkt. Das Aussenrohr 6 ist zumindest im Bereich der elektrischen Heizwicklung 8 von einen wärmeieolierenden Gehäuse 19 umgeben.

Der Ventilkörper 18 ist an einer Stange 20 befestigt, die sich durch ein Führungsrohr -21 in der Heizvorrichtung 3 hindurcherstreckt und an einer schwenkbaren Stange 22 anliegt, die aus einer öffnung 23 in dem Rohr 1 herausragt und an dem Anker eines Elektromagneten 24 angebracht ist. Eine Feder 25» die sich einerseits an dem Deckel 11 der Heizvorrichtung 3 und andererseits an einem Anschlag 26 abstützt, ist bestrebt, den Ventilkörper 18 auf den Ventilsitz 17 zu drücken. Wird der Elektromagnet 2¹J erregt, so wird die Stange 22 in die dargestellte Stellung verschwenkt,

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wodurch die Stange 20 in der Zeichnung nach links verschoben und der Ventilkörper 18 von dem Ventilsitz 17 abgehoben wird.

In dem die Verbrennungsluft zuführenden Rohr 1 ist ferner ein Gebläserad 27 mit Gebläseschaufeln 28 frei drehbar angeordnet. Das Gebläserad 27 wird durch den entsprechend den Pfeilen 29 einströmenden Luftstromangetriebenr Der Zweck des Gebläserades 27 mit seinen Schaufeln 28 besteht darin, den aus der Ausströmöffnung 16 bei geöffnetem Ventil 17, 18 austretenden öldampf intensiv mit der Verbrennungsluft zu vermischen. Um zu vermeiden, daß gegebenenfalls vorhandene Öltröpfhhen nach aussen gegen die Viand des Rohres 1 geschleudert werden und die Verbrennung im Randbereich des Lochblechs 2 ungünstig beeinflussen, ist das Gebläserad 27 von einer Hutze 30 umgeben, die sich zum Lochblech 2 hin verjüngt und dafür sorgt, daß auch nichtverdampfte Heizöltröpfchen in den zentralen Rereich des Rohres 1 geführt werden. Zur Einstellung der Luftmenge kann vor dem Lochblech 2 ein relativ su diesen verdreh- oder verschiebbares zweites lochblech 32 angeordnet werden, dessen Löcher je nach Bedarf mit den Löchern des Lochblech*? 2 mehr oder weniger in Deckung gebracht werden können. ·

Im Betrieb wird durch das Bohr 1 mittels eines nicht g;ezeigt.en Gebläses die Verbrennungsluft zugeführt, wobei das Gebläserad 27 in Drehung versetzt wird. Gleichzeitir wird durch das Rohr 12 Heizöl zugeführt und der poröse Körper ¹J durch Anschluß der Heizwicklung 7 und 8 an eins Stromquelle erhitzt. Das durch den porösen Körper k strömende Heizöl wird dabei verdampft und der öldampf gelang-t durch die Austrittsöffnung 13 in die Kammer 14. Mit Einschalten des Brenners wird auch der Elektromagnet 2k

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erregt, wodurch der Ventilkörper 18 von seinem Sitz 17 abgehoben wird. Der öldampf kann nun aus der Kammer I²I durch die Ausströmöffnung 16 austreten und vermischt sich mit der Verbrennungsluft. Das Üldampf-Luftgendsch tritt aus den Öffnungen der Lochbleche 2, 31 in die Brennkammer aus und wird dort in üblicher Weise gezündet. Es entwickelt sich eine blaue, nicht leuchtende Flamme in geringem Abstand von deir< äußeren Lochblech 31.

Um bei Störungen ein schnelles Auswechseln der elektrischen Heizvorrichtung 3 zu ermöglichem, kann diese lösbar an einem Deckel 33 angebracht sein, der eine öffnung 3*1 in der Wand des Rohres 1 verschließt. Wird der Deckel 33 abgenommen, so kann die elektrische Heizvorrichtung als komplette Einheit · einschließlich des Ventilkörpers l8 entnommen werden. Das Zuführungsrohr 12 ist dabei zweckmäßigerweise als flexible Leitung ausgebildet.

Alternativ zu der dargestellten Ausführung kann das Gebläserad 27 auch durch einen eigenen Motor angetrieben v/erden. Die innere Heizwicklung 7 kann gegebenenfalls weggelassen werden, insbesondere dann, wenn das Innenrohr 5 mit einer nicht gezeigten Abgasleitung in Verbindung steht, also von heißem Abgas durchströmt und von dieser; aufgeheizt wird. Diese heißen Abgase können dann gegebenenfalls in die Brennkammer zurückgeführt werden.

Fig. 2 zeigt eine elektrische Heizvorrichtung, die anstelle der Heizvorrichtung 3 von Fig. 1 verwendet werden könnte. Diese Heisvorrichtung enthalt einen porösen Körper 4' in Form diner dünnen länglichen Platte, die von einem Mantel 35 aus gut wärmeleitendem Material umgeben ist, welche eine äußere Heizwicklung 36 trägt. Das Ganze ist von einem wärmeisolierenden Gehäuse 37 umgeben. Mit"12· ist wiederum die «^zuführungsleitung, nut 21' die Ventil-

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Stangenführung und mit 16' der den Ventilsitz und die Ausströisungsöffnung enthaltende Fortsatz des Mantels 35 bezeichnet* .

Den beiden, in Fig. i und 2 gezeigten elektrischen Heizvorrichtungen ist gemeinsam, daß in jedem Fall die nur durch Wärmeleitung erwärmten Bestandteile der porösen Körper in einem geringen Abstand von der elektrisch beheizten Viand liegen, sodaß eine schnelle und gleichmäßige Erhitzung des durchströmenden Mediums erreicht wird.

Selbstverständlich können, falls erforderlich, auch mehrere durch indirekte elektrische Beheizung erhitzte poröse Körper vorgesehen werden. Beispielsweise können mehrere plattenförmige poröse Körper entsprechend Fig. 2 mit elektrisch beheizter Ummantelung parallel zueinander in einem Gehäuse angeordnet werden, wobei die Zwischenräume zwischen benachbarten Platten Durchtrittskanäle für die Verbrennungsduft bilden, wenn die elektrische Heizvorrichtung beispielsweise zum Verdampfen von Heizöl innerhalb eines ölbrenners dienen soll.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

lektrische Heizvorrichtung zum raschen Erhitzen oder Verdampfen von strömenden Medien, mit mindestens einen porösen Körper aus miteinander verfilzten und an ihren Berührungsstellen metallisch miteinander verbundenen polykristalliheh Metallwhiskern oder metallisierten Nichtmetall-Whiskern oder-Pasern, der von dem zu erhitzenden Medium durchströmt wird und mit einer Wand au3 gut wärmeleitendem Werkstoff in wärmeleitender Verbindung steht, die ihrerseits ein elektrisches Heizelement darstellt oder von einem "solchen erwärmt wird, dadurchgekennz ei chnet, daß der poröse Körper die Form eines Hohlzylinders (^3 oder einer dünnen länglichen Platte (4¹) hat, der bzw. die in Längsrichtung von aeni au erhitzenden Medium "durchströmt ist.

2. Elektrische Heisvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlzylinder von einem innen- und einem Außenrohr (5 bzw. 6) begrenzt ist, daß zumindest auf dem Außenrohr eine Heizwicklung (8) aufgebracht ist, und daß diese Einheit in ein wärmeisolierfendes Gehäuse (19) eingesetzt ist und am einen stii-nseitigen Ende einen Zuflußanschluß (17) für das zu erhitzende Medium und am anderen stirnseitigen Ende eine Austrittsöffnung (16) für das erhitzte oder verdampfte Medium aufweist,

3. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 2, zum Erhit-, zen von flüssigen Brennstoffen, insbesondere zum Verdampfen von Heizöl, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mit der aus dem porösen Hohlzylinder (4), dem Innen- und dem Außenrohr (5,6) lind der Heizwicklung

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(7*8) bestehenden Einheit zentral in ein Verbren nungsluft führendes Rohr (1) eingesetzt ist und an seinem die Austrittsöffnunf (16) enthaltenden Ende einen Ventilsits (17) aufweist, der mit einem beweglichen Ventilkörper (18) in dem Rohr (1) zusammenwirkt.

k. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,- daß das Gehäuse (19) mit der Einheit lösbar an einem Deckel(33) angebracht ist, der eine Öffnung ("3¹O in der Wand des Verbrennungsluft führenden Rohres (1) verschließt.

5. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (5) der Einheit elektrisch beheizt ist oder mit einer Abgasleitung in Verbindung steht. ..

6. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1, zum Erhitzen von flüssigen Brennstoffen, insbesondere zum Verdampfen von Heizöl, dadurch pekennzeichnet, daß mehrere plattenförmige poröse Körper ('J¹) mit elek-. trisch beheizter Ummantelung (35) parallel zueinander, jedoch mit einem Abstand voneinander in einem Gehäuse angeordnet sind, wobei die Zwischenräume zwischen benachbarten Platten Durchtrittslcan'Qi? für die Verbrennungsluft bilden.

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