DE2910478A1

DE2910478A1 - Tauchfaehige, elektrische heizvorrichtung

Info

Publication number: DE2910478A1
Application number: DE19792910478
Authority: DE
Inventors: Alan Graham Dewson; Dennis Herbert Welsby
Original assignee: BRAUDE E Ltd
Current assignee: BRAUDE E Ltd
Priority date: 1978-03-16
Filing date: 1979-03-16
Publication date: 1979-09-27
Also published as: CA1120983A; IT7983349A0; DE7907457U1; IT1127054B; FR2420268B1; FR2420268A1; SE7902118L; US4326121A

Description

PATENTANWALT *2

OR ^''P? ^!" PD KNEISSL München, den 16. März 1979

'W^mcyt*8fr.46 ^{B408 Zi/U1}

D-SGOO MÜNCHEN 22
ToL 083/295125

E. Braude (London) Limited in Sandhurst,Surrey/Großbrit.

Tauchfähige, elektrische Heizvorrichtung

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Die Erfindung bezieht sich auf eine tauchfähige, elektrische Heizvorrichtung, bei welcher ein elektrisch isoliertes Heizelement direkt in eine Flüssigkeit eingetaucht wird und das Heizelement in geeigneter Weise abgestützt und zur Erzielung eines Schutzes ummantelt ist. Die Erfindung betrifft insbesondere eine tauchfähige, elektrische Heizvorrichtung mit einem Stützelement, auf welchem ein das Heizelement darstellender, elektrischer Widerstandsdraht angeordnet ist, der aus einem einzigen Widerstandsdraht besteht, der an jedem Ende elektrische Anschlussleitungen aufweist und mit einer nahtlosen Schicht aus einem elektrisch isolierenden, hitzebeständigen Material überzogen ist.

Eine Heizvorrichtung der vorstehend genannten &Tt ist in der G-B-PS 1 J6o 334 beschrieben. Bei dieser Heizvorrichtung ist ein mit Polytetrafluorethylen beschichteter Widerstandsdraht um ein rohrförmiges Stützelement herumgewickelt, das mit Öffnungen versehen ist, durch welche die Flüssigkeit hindurchfliessen kann. Ein äusseres Schutzgehäuse ist vorgesehen, das ebenfalls Durchtrittsöffnungen aufweist, durch welche die Flüssigkeit hindurchtreten kann. Wenn ein einziges Heizdrahtelement verwendet wird, ist eine verhältnismässig grosse Länge erforderlich, um einen geeigneten Widerstandswert mit einer guten Wärmeabstrahlung zu erzielen. Hierdurch wird es schwierig, die Drahtlänge in einer Weise unterzubringen, die eine gute Wärmeabstrahlung an die Flüssigkeit ergibt und bei welcher eine minimale Berührung mit dem Stützkörper vorliegt.

Es ist daher die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, eine tauchfähige Heizvorrichtung zu schaffen, bei welcher ein Heizdraht in einer Weise angeordnet ist, die aufgrund der Konvektion eine gute Flüssigkeitsströmung über den Heizdraht ergibt und bei welcher eine maximale Menge der Drahtfläche vollständig mit der zu erhitzenden Flüssigkeit in Berührung steht.

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Die Erfindung schafft eine tauchfähige, elektrische Heizvorrichtung mit einem planparallelen Stützrahmen, auf welchem ein das Heizelement darstellender, elektrischer Widerstandsdraht angeordnet ist, der aus einem einzigen, langen Widerstandsdraht besteht, der an jedem Ende elektrische Anschlussleitungen aufweist und mit einer nahtlosen Schicht aus einem elektrisch isolierenden, hitzebeständigen Material überzogen ist, wobei die Heizvorrichtung gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass der Draht um zwei gegenüberliegende Kanten des Rahmens gewickelt ist, um eine im wesentlichen flache Einheit zu bilden, die mindestens eine Abdeckplatte aufweist, die in planparallelem Abstand von der Einheit angeordnet ist.

Die Abdeckplatten sind vorzugsweise an beiden Seitenflächen des Rahmens vorgesehen, Der Rahmen kann eine Auslasseinrichtung an einer Kante aufweisen, an xvelche die Enden des Heizelements für den Anschluss an eine elektrische Leitung herangeführt werden. Eine Haiteeinrichtung für die Auslasseinrichtung kann an der Kante der Einheit Vorgesehen, sein.

Zwei oder mehr Baugruppen aus Stützrahmen und Draht können zwischen den Abdeckplatten vorgesehen sein.

Die Vorteile der Heizvorrichtung gemäss der Erfindung liegen in der ülachen Form, die ein Anbringen der Heizvorrichtung an einer Seite eines mit Flüssigkeit gefüllten Behälters möglich macht, und in der verhältnismässig grossen Fläche, die durch das aufgewickelte Heizelement erzielt wird und einen guten Wärmeaustausch mit sich bringt. Die Abdeckplatte trägt auch dazu bei, einen Kanal für eine ungehinderte, nach oben gerichtete Konvektionsströmung durch den Stützrahmen aufrecht zu erhalten. Wenn eine einzige Abdeckplatte verwendet wird, kann die Heizvorrichtung in unmittelbarer Nähe der Wand eines Behälters angeordnet werden, dessen Wand dann in wirksamer Wei-

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se die Aussenplatte bildet, um eine Konvektionsströmung zu erzielen. Der Rahmen wird vorzugsweise mit einem offenen oder geschlossenen Mittelbereich gebaut und kann einfach einen rechteckigen Rahmen oder eine gerippte, flache Tafel besitzen, um die mit dem Heizelement in Berührung stehenden Rahmenabschnitte so klein wie möglich zu halten. Die Abdeckplatten und der Rahmen können aus einem temperaturbeständigen Kunststoffmaterial bestehen, sofern sie nicht an der Wärmeabstrahlung teilnehmen und nur kleine Abschnitte mit dem Heizelement in Berührung stehen. Man verwendet vorzugsweise nicht korrodierbare Polymere für den Bau der Heizvorrichtung. Die tauchfähige Heizvorrichtung kann dann in Verarbeitungsbehältern mit korrosiven Flüssigkeiten verwendet werden, die normalerweise die Verwendung von besonders widerstandsfähigen Metallen für diese Ausfübrungsform erforderlich machen. -

Um einen Schutz gegen eine elektrische Streuung aufgrund einer fehlerhaften Isolation zu erreichen, wird ein blanker Draht aus Platin oder einem anderen Edelmetall oder anderen der Flüssigkeit angepassten Material zweckmässigerweise durch den Rahmen hindurchgezogen und mit einer Einrichtung zum Abtasten der Streuung verbunden. In der Praxis bietet ein derartiges System eine bessere Anzeige bei einem gefährlichen Potentialfehler als die Verwendung eines geerdeten Mantels.

Fluoriertes Äthylenpropylen oder PFA wird vorzugsweise zum Beschichten des Heizdrahtes verwendet, obgleich die besondere Wahl von dem zu erhitzenden Medium abhängt. Die Verwendung eines Polymeren gewährleistet eine lange Lebensdauer und verhindert die Induktion von elektrischen Streuströmen, die erfahrungsgemäss normalerweise bei tauchfähigen Heizvorrichtungen mit einem Metallgehäuse auftreten.

Der Stützrahmen kann aus einem nicht korrodierbaren KLymeren,

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wie Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Polyvinylidenfluorid, oder aus einer Wärme- und korrosionsbeständigen Substanz mit ähnliehen Eigenschaften bestehen.

Die Rahmengruppe kann so aufgebaut sein, dass eine freie Zirkulation der Flüssigkeit durch das Heizelement möglich ist. Die Rahmengruppe weist zu diesem Zweck eine perforierte oder geschlitzte Form auf, um eine überaus wirkungsvolle Flüssigkeitsströmung über die Heizelemente zu gewährleisten und ferner eine minimale Berührung zwischen dem Heizelement und Kern zu erreichen.

Wenn der Kern quadratisch oder rechteckig ist, kann er leicht hinter den Anodenkörben in Behältern zum Elektroplattieren angeordnet werden. Aufgrund der gedrängten Bauweise und der hohen Energieabgabe kann er gewöhnlich in dem thermisch wirksamsten Teil des Behälters oder Gefässes untergebracht werden. Dieser thermisch wirksamste Teil befindet sich in der Nähe des Behälterbodens.

Der das Heizelement darstellende Draht kann beispielsweise aus Kupfer, Nickel bestehen und innen mit einem Draht gleichen Durchmessers, aber niedrigeren Widerstandes bestehen, der es möglich macht, dass die Enden des Heizelementes aus der Flüssigkeit herausgenommen werden können. Der elektrische Strom wird dem Heizelement über Anschlussdrähte mit geringem Widerstand zugeführt. Die Anschlussdrähte können mit dem Hauptwiderstandsdaht zu einer Einheit verbunden oder verschweisst werden. Die Anschlussdrähte sind vorzugsweise ebenfalls von einem Mantel umgeben.

Um geeignete, elektrische Fernanschlüsse zu erzielen, kann der einen geringen Widerstand aufweisende Abschnitt des Heizdrahtes durch einen biegsamen, dichten und nicht korrodieren-

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den Schlauch, ader eine ähnliche Leitung zu einer Becherklemme aus Kunstharz geführt werden, aus welcher ein herkömmliches, elektrisches Kabel austritt. Der biegsame Schlauch oder die Leitung können an einem Ende mittels einer Klemmeinrichtung am Rahmen befestigt werden.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Heizelementes, das an

einem rechteckigen, planparalleln Stützrahmen befestigt ist,

Fig. 2 eine Draufsicht auf zwei Heizelement^ die zwischen zwei Abdeckplatten befestigt sind und eine tauchfähige Heizvorrichtung bilden,

Fig. 3 eine perspektivische Explosionsdarstellung der in Fig. 1 gezeigten, tauchfähigen Heizvorrichtung, und

Fig. 4 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer tauchfähigen Heizvorrichtung.

Die Fig. 1 bis 5 zeigen einen ein Heizelement darstellenden, elektrischen Widerstandsdraht 1 der von einem fluorierten Polymeren, wie fluoriertem Äthylenpropylen überzogen ist, das mit Hilfe eines Extrusionsvorganges aufgebracht worden ist. Der Widerstandsdraht 1 ist um die beiden gegenüberliegenden Kanten eines Stützrahmens 2 gewickelt.

In den Fig. 2 und 3 sind zwei derartige Baugruppen aus Draht und Stützrahmen gezeigt. Die Stützrahmen sind unter Yer-

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Wendung von Schraubenbolzen 4 und Distanzstücken 4a in einem gegenseitigen Abstand angeordnet. Darüberhinaus sind noch Abdeckplatten 3 vorgesehen,'die ebenfalls mit Hilfe der Schraubenbolzen 4 befestigt und von den Stützrahmen 2 in Abstand gehalten sind. Die Stützrahmen sind in Fig. 1 deutlicher gezeigt. Jeder Stützrahmen besitzt einen ausgeschnittenen Abschnitt 1a und Nuten 2a. Der ausgeschnittene Abschnitt 1a gestattet einen besseren Zutritt der Flüssigkeit zur Oberfläche des Heizdrahtes und führt zu einer geringeren Behinderung der Wärmeabstrahlung. Der um die Kanten herumlaufende Draht 1 liegt in den Wüten 2a. Die beiden Enden der das Heizelement bildenden Drähte 4 werden über ein Rohr oder einen Schlauch 5 herausgebracht, der mittels einer Klemme 6 am Rahmen befestigt ist. Der Aufbau weist ferner Befestigungsteile 7 auf, mit welchen die Heizvorrichtung in einem mit Flüssigkeit gefüllten Behälter aufgehängt werden kann.

Der dargestellte Aufbau nimmt eine beträchtliche Länge an Heizdraht auf, wobei im wesentlichen dessen gesamte Fläche mit der Flüssigkeit in Berührung steht. Die Abdeckplatten 3 dienen dazu, eine nach oben gerichtete und über das Heizelement hinwegstreichende Konvektionsströmung zu erzielen und das Heizelement gegen eine Beschädigung zu schützen.

in Fig. 4 ist eine andere bevorzugte Ausführungsform der tauchfähigen Heizvorrichtung gezeigt. Diese Ausführungsform besitzt ein flaches Stützteil 41, das einen Rahmen mit gegenüberliegenden Kanten bildet. Ein Heizelement 42 ist um die Kanten herumgeführt, die an jeder Seite eine längsverlaufende Rippe 41 a aufweisen. Die Rippen sind so angeordnet, dass das um die Kante laufende Heizelement 42 nur an drei Punkten mit dem Rahmen in Berührung steht. Ein Erdungsdraht 43 aus Platin oder ein anderer für den Zweck geeigneter Leiter ist im Rahmen vorgesehen und kann als Draht zum Feststellen einer Streuung ver-

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wendet werden. In geder Seite des Stützrahmens ist eine Abdeckplatte 44 mit Hilfe von Nieten 45 befestigt. Ein Kabelhalter 46 kann an der Heizvorrichtung dadurch befestigt sein, dass nach innen gerichtete Lippen 47 eier Platten 44 in entsprechende Nuten 48 im Block des Kabelhalters eingreifen. Die vom Heizelement ausgehenden elektrischen Anschlussleitungen werden durch einen nach aussen führenden Schlauch 49 herausgeführt, der mittels einer Klemme 5o am Rahmen befestigt ist.

Der Stützrahmen 41 besitzt Seitenflansche und ist nach oben verlängert, so dass Aufhängeösen 51 entstehen, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Dieser Aufbau sorgt ebenfalls für eine Konvektionsströmung, die nach oben durch die Heizvorrichtung hindurchgeht. Die gesamte Vorrichtung kann aus einem hitzebeständigen, nicht korrodierenden Polymeren bestehen. Der Stützrahmen kann einfach einen rechteckigen Rahmen aus Längsträgern und Rippen aufweisen oder eine Versteifung durch Ausfüllen des Mittelbereiches umfassen, um eine den Erfordernissen entsprechende Steifigkeit zu erzielen. Das Heizdrahtelement kann den vorstehend beschriebenen Aufbau haben.

Die Erfindung schafft also eine tauchfähige, planparallele elektrische Heizvorrichtung, die so aufgebaut ist, dass eine Konvektionsströmung durch das Heizelement hindurchgeht. Die Heizvorrichtung kann an einer Seite eines Verarbeitungsgefässes angebracht werden. Die Heizvorrichtung besitzt einen Rahmen 4o,41, der ein Heizelement 42 trägt. Das Heizelement ist um gegenüberliegende Kanten des Rahmens gewickelt, wobei die benachbarten Windungen in gegenseitigem Abstand liegen. Der Rahmen ist mit Abdeckplatten 44 abgedeckt, die im Abstand vom Rahmen liegen und eine Konvektionsströmung durch das Heizelement bewirken. Das Heizelement besteht aus einem einzigen Widerstands— draht, der mit einem fluorierten Polymeren beschichtet ist. Die ganze Vorrichtung kann aus Polytetrafluoräthylen oder einem ähnlichen Polymeren bestehen.

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Claims

AN3PSÜCTT¹·:

rl J Tauchfehin-e, elektrische Heizvorrichtung mit einem Stützelement, auf welchem ein ein Heizelement darstellender, elektrischer V/iderstandsdraht angeordnet ist, der aus einem einsigen .'iderstandsdraht besteht, der an .jedem Ende elektrische An.3chlu3Dleitung*en aufweist und mit einer nahtlosen Schicht aus einen elektrisch isolierenden, hitzebeständigen Katerial überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement einen planparallelen Rahmen (2,41) aufweist, und der Draht (1) um zv)ei gegenüberliegende Kanten des Rahmens gewickelt ist, um eine im wesentlichen flache Einheit zu bilden, die mindestens eine Abdeckplatte (3) aufweist, die in planparallelem Abstand von der Einheit angeordnet ist.
2. H

Heisvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ^bdeckplatten (3) auf beiden Seiten des Rahmens (2,41) vorgesehen sind und einen Raum für eine Konvektionsströmung einer Flüssigkeit durch das Heizelement schaffen.
3. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leitungen für die linden des Heizelementes zu einer Seite des Rahmens (2,41) führen und durch einen Schlauch (5»49) zu einer elektrischen Anschlusseinrichtung laufen.
4. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Rahmen- und Elementgruppen in gegenseitigem Abstand vorgesehen sind.
5. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement einen einzigen l'/iderstandsdraht mit Leitern aufweist, welche an jedem Ende

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Leitungen bilden und mit einem hitzebeständigen Polymeren überzogen sind.
6. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Draht (43) aus einem chemisch beständigen Metall in der Nähe des Rahmens (2,4-1) angeordnet und mit einer Einrichtung zum Feststellen eines Streustroms verbunden ist.
7. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (2,41) und die -^bdeckplatten (3) aus einem nicht korrodierbaren, hitzebeständigen Polymeren bestehen.
8. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement mit in gegenseitigem Abstand liegenden Windungen aufgewickelt ist, und der Rahmen nur an seinen gegenüberliegenden Kanten mit dem Heizelement in Berührung steht,
9. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (2,41) auf jeder Seite mit jeweils einer Abdeckplatte (3) unter Verwendung von Befestigungseinrichtungen verbunden ist, die an den Ecken sitzen nnd Bistanzstücke (4a) umfassen, die einen Spalt zwischen den Platten (3) und dem Rahmen (2,41) schaffen.

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