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Vorrichtung zur Erhitzung des Innenraumes von Behältern.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erhitzung des Innenraumes
eines vorzugsweise zylindrischen Behälters mit einem darin befindichen Förderermischwerkzeug
oder Rührwerk.
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In der chemischen Verfahrenstechnik benutzte Förder-, Misch- und Rührsysteme
erwärmt man im allgemeinen dadurch, daß man die Gehäuse, in denen sich Misch- und
Förderschnecken oder Rührer oder Rührwerke befinden, mit Doppellnänteln, Rohrsch'angen,
Widerstands- oder Induktionsheizungen etc. versieht, um dem zu mischenden oder zu
fördernden Gut eine bestimmte, dem gewünschten Zweck angepaßte Temperatur zu erteilen.
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Da die Erwärmung der zu mischenden oder zu fördernden Substanzen
wesentlichen
durch konvektiven Energietransport erfolgt, benötigt man oftmals sehr lange Wartezeiten-bis
beispielsweise viskose Stoffe gerührt oder gefördert werden können. In den meisten
Fällen kann man diese Schwierigkeiten nur dadurch vermeiden, daß man sich an bestimmte
Apparatedimensionen hält. Einer Vergrößerung der Heizflächen mit konventionellen
Mitteln, die die angeführten Schwierigkeiten in vielen Fällen weitgehend beheben
könnten, stellen sich meistens immense Probleme gegenüber.
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Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe-aus, die Erwärmung
oder Erhitzung eines im einem Behälter befindlichen Gutes unter weitgehender Anpassung
an Eigenschaften oder Behandlungsmaßnahmen des Gutes zu verbessern und energiesparend
durchzuführen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Erhitzung
des Innenraumes eines vorzugsweise zylindrischen Behälters mit darin befindlichem-Förderer,
Mischwerkzeug oder Rührwerk erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Förderer, das
Mischwerkzeug oder Rührwerk mit Hilfe eines Wirbelströme erzeugenden elektromagnetischen
Feldes erhitzt ist Durch die erfindungsgemäße Lösung, den Förderer, das Mischwerkzeug
oder Rührwerk induktiv zu erhitzen, wird erreicht, daß zwischen Erhitzungsquelle
und Gut nur geringe räumliche Entfernungen vorhanden sind. Dadurch ist eine intensive
und konstengünstige Erhitzung möglich.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung, mit Hilfe eines Wirbelströme erzeugenden
elektromagnetischen Feldes gezielt und überwiegend den Förderer und das
Mischwerkzeug
durch Induktion zu erwärmen oder zu erhitzen, wird erreicht, daß die Erhitzungstemperatur
den besonderen Bedürfnissen des zu behandelnden Gutes angepaßt und auch geändert
werden kann.
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Die Erwärmung oder Erhitzung des Förderers oder Mischwerkzeuges oder
Rührwerkes kann in der Weise erfolgen, daß der Behälter von Induktionsspulen umgeben
ist.
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Um die nach der Erfindung gezielte Erhitzung des Förderers oder Mischwerkzeuges
zu erhalten, wird in weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung vorgeschlagen, daß
die Wandung des Behälters aus einem dünnwandigen Normal stahl und der Förderer,
das Mischwerkzeug oder das Rührwerk aus einem magnetischen Material bestehen. Durch
diese Lösung wird auch die Behälterwandung durch Induktion erhitzt. Eine Erhitzung
in höherem Maße haben oder sollen jedoch der Förderer oder das Rührwerk haben.
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So ist es beispielsweise möglich, eine in einem Stahl rohr drehbar
angeordnete, das Stahl rohr an keiner Stelle berührende Förderschnecke mit Hilfe
des elektromagnetischen Feldes einer das STahl rohr umgebenden stromdurchflossenen
Spule auf die gleiche Temperatur aufzuheizen wie das Stahl rohr selbst.
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Die zu fördernde und aufzuheizende Substanz erhält ihre Wärmezufuhr
also nicht nur durch die relativ kleine Oberfläche des erwärmten Rohres, sondern
im wesentlich höheren Maße noch durch die erheblich größere wärmeübertragende Fläche
der induktiv aufgeheizten Förderschnecke.
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Gleichzeitig werden durch den Fördervorgang kontinuierlich alle Teile
des Fördergutes mit den Heizflächen in Kontakt gebracht und somit eine völlig gleichmäßige
Erwärmung gewährleistet.
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Sofern durw,l Induktion ausschließlich der Förderer oder die Mischwerkzeuge
oder das Rührwerk erhitzt werden sollen, dann kann dies durch die Maßnahme geschehen,
die Wandung des Behälters aus einem unmagnetischen Material herzustellen. Dabei
wird es sich um solche Materialien handeln, die dem zu behandelnden Gut angepaßt
sind.
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So kann es keramisches Material sein. Sofern durch Induktion eine
hohe Erhitzung, beispielsweise über 10000 C erfolgt, dann wird die Wandung des Behälters
aus Feuerfestmaterial bestehen. Auch kann eine unmagnetische Stahl legierung oder
ein Nichteisenmetall vorhanden sein.
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Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorschlag geht dahin, daß die Wandung
des Behälters und / oder der Förderer oder die Mischwerkzeuge aus Grafit, Siliziumcarbid
oder derglei'en magnetischem Material bestehen und somit ebenfalls durch Induktion
erhitzt werden.
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In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß
der Förderer in Gestalt einer Förderschnecke aus magnetischem Material besteht,
dessen Außenflächen mit einem unmagnetischen Material versehen, insbesondere plattiert
sind. Dieser Vorschlag beinhaltet somit den allgemeinen Erfindungsgedanken, daß
der Förderer aus einem Werkstoff besteht, der durch Induktion eine hohe Erhitzung
zuläßt. Die Oberfläche des Förderers besteht dann aus einem Werkstoff, der den physikalischen
oder
chemischen Eigenschaften des zu behandelnden Gutes angepaßt ist, damit eine ausreichende
Widerstandsfähigkeit gegen Angriffe durch das zu behandelnde Gut vorhanden ist.
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In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß
im Bereich zwischen den Induktionsspulen und der Außenwandung des Behälters ein
Wärmeisolationsmaterial, insbesondere aus Keramik oder Fasermaterial vorhanden ist.
Durch diese Maßgaben wird die Wirkung der induktiv erhitzten Förderer oder Mischer
erhöht.
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In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß
über die Länge des Behälters diesen umgebende Abschnitte aus Induktionsspulen mit
unterschiedlichen Frequenzen vorhanden sind. Durch diese Lösung wird erreicht, daß,
beispielsweise angewendet bei einem induktiv erhitzten Röhrenofen mit einer darin
befindlichen Förderschnecke, einzelne Abschnitte der Förderschnecke unterschiedliche
Erhitzungstemperaturen erhalten. So kann zu Beginn des Röhrenöfens eine zunächst
geringe Erhitzung, im mittleren Bereich des Ofens eine starke und im Endbereich
des Ofens eine geringe Erhitzung der Förderschnecke vorhanden sein. Diese Verhältnisse
können aber auch umgekehrt sein. Dieses Beispiel zeigt, daß die erfindungsgemäße
Lösung eine Anpassung an die gewünschte Art der Behandlung des Gutes zuläßt.
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In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß
die Förderschnecke mit Schaufeln unterschiedlicher Steigung versehen ist. Da von
den induktiv erhitzten Förderschaufeln die Einwirkung auf das Gut erfolgt, trägt
diese Lösung ebenfalls dazu bei, optimale
Bedingungen zu erhalten.
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In gleicher Weise kann der Vorschlag, Schnecke und behälter konisch
auszub;lden, für bestimmte zu behandelnde Materialien sehr vorteilhaft sein.
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In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, da.S
der im Behälter angeordnete Förderer oder das im Behälter angeordnete Rührwerk im
Bereich seiner Drehachse eine größere Masse als in seinem äußeren Bereich aufweist.
Da sich dickwandige und massive Metallteile durch ein elektromagnetisches Fetd deutlich
stärker erwärmen als dünnwandige, wird hier die wesentliche Erhitzung vom Zentrum
ausgehen.
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Ein weiterer Vorschlag besteht darin, daß das Rührwerk aus magnetischen
Stäben besteht, die an ihren Enden an in Radialrichtung verlaufenden Auslegern gelagert
sind. Dabei haben die Stäbe im mittleren Bereich des Rührwerkes eine größere Wanddicke,
insbesondere größeren Durchmessers als in dem äußeren Bereich.
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Die erfindungsgemäße Lösung läßt sich verbessern durch den Vorsch'ag,
die Stäbe als Rohre auszubilden. Somit ist eine größere Fläche zur Erhitzungsübertragunc
an das zu behandelnde Gut zu erreichen. Dabei soll ebenfalls die Wanddicke der im
äußeren Bereich vorhandenen Rohre geringer sen als die der im mittleren Bereich
vorhandenen Rohre.
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Um be; einem stehenden Behälter eine optimale Erhitzung zu erreichen
wird
vorgeschlagen, daß das Rührwerk einen im Bereich des Bodens des Behälters angeordneten
dickwandigen als Platte ausgebildeten Ausleger hat.
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Bei einer Vorrichtung zur Erhitzung des Innenraumes eines vorzugsweise
zylindrischen Behälters durch außen am Behälter angeordnete Induktionsspulen wird
in weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung vorgeschlagen, daß in der Längsachse
des Behälters ein Magneteisenkern mit einer diesen umgebenden inneren Induktionsspule
angeordnet ist und im Bereich zwischen der inneren Behälterwandung und dem Magneteisenkern
Kanäle mit Wandungen aus magnetischem Material vorhanden sind.
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Durch diese Lösung wird erreicht, daß die Erhitzung des zu behandelnden
Gutes nicht lediglich von der erhitzten Wandung des Behälters ausgehen, sondern
auch von Zentrum im Bereich der Längsachse, so daß von dem ringförmigen Querschnitt
des Behandlungsbehälters aus gesehen, eine gleichmäßige Erhitzung stattfindet bzw.
stattfinden kann.
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Dabei können ebenfalls durch Wahl der Induktionsspulen und der Frequenz
Maßnahmen vorgesehen sein, eine gleichbleibende Behandlunostemperatur oder eine
unterschiedliche Behandlungstemperatur zu erreichen.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Teilabschnitt eines induktiv erhitzten Röhrenofens
in vertikalem Schnitt,
Fig. 2 einen @ig. gegenüber abgewande@ten
Ofen, Fig. 3 ein induk@iv erhitztes Behandlungsgefäß @@@ ver tika@@@ @@@@@tt, Fig.
4 einen Mischer in der Ansicht von ober, Fig. 5 einen weiteren Mischer in der Ansicht
von ober, Fig. 6 einen weiteren Mischer in der Ansicht von ober, Fig. 7 ein induktiv
erhitztes Behandlungsgefäß im ve -kalen Schnitt, Figur 1 zeigt einen Ofen oder dergleichen
Behandlungsgefäß, de Mantel 10 aus einem nichtmagnetischen Werkstoff besteht @@@@@@
ist umgeben von einer Wärmeisoation @@ aus Keramik oder material. Umschlossen wird
dieser nach außen abisolierte Behälter 10 von den Induktionsspulen 13, die aus bekannten
Werkstoffen bestehen und von Kühlwasser durchflossene Kanäle 12 habe@.
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Innerhalb des Behälters 10 ist eine Förderschnecke 14 angeordnet,
die in Angegebener Pfeilrichtung 15 transportiert. Diese Forderschnecke besteht
aus einem magnetischen Material, be@@@@@sweise magnetischem Sta@.
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Fig. 2 zeigt die Abwandlung, daß die Förderschnecke 14 @@@ der Behälter
10 kon@sch ausgebildet sind. Auch sind die @@dukt@@ns-@@@e@ nicht ein@he@@@ich,
sondern es sind Spulen @@a vorhanden.
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die eine andere @@equenz haben, beispielsweise kleiner als 5@ @z,
während
die Spulen 13b eine größere Frequenz als 50 hz haben. Die Spulen 13c haben eine
noch andere Frequenz. Aus den Figuren 1 und 2 ergibt sich, daß folgende Merkmale
oder Kombinationen der Merkmale möglich sind: a) Das die Schnecke umgebende Gehäuse
ist aus dünnwandigem Normahl stahl, b) das Gehäuse besteht aus einer unmagnetischen
Legierung oder -Nichteisenmetall, die Schnecke besteht aus magnetischem Material,
c) das Gehäuse besteht aus Graphit, Siliziumcarbid oder ähnlichen Materialien ebenso
die Schnecke, d) die Frequenz der elektromagnetischen Wellen ist kleiner als 50
Hz, e) die Frequenz der elektromagnetischen Wellen ist größer als 50 Hz, f) die
Schnecke aus einem magnetischen Material ist mit einem unmagnetischen Material plattiert,
g) das äußere Rohr, das Gehäuse, ist ebenfalls aus unterschiedlichen Materialien
aufgebaut, h) die einzelnen Abschnitte werden mit unterschiedlichen Frequenzen beaufschlagt,
i) die Steigung der Schnecke ändert sich über die Länge kontinuierlich,
j)
die Steigung der Schnecke ändert sich entsprechend der Schrumpfung oder Ausdehnung
des zu erwärmenden Materials, k) Schnecke und Gehäuse haben konische Gestalt.
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Vorteile gleicher Art ergeben sich bei Uhrvorgängen, wenn man ein
Planetenrührwerk oder Rührer benutzt, bei denen die das Gut bewegenden Teile des
Rührers in Form von massiven Stahl stangen oder dickwandigen Rohren derart in geraden
oder gebogenen Halterungen angeordnet sind, daß die Stangen oder Rohre zur Peripherie
des Rührers hin einen geringeren Durchmesser besitzen als in der Nähe der Achse.
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Dazu zeigt Figur 3 einen Behälter 10, der zu einer vertikalen Anordnung
bestimmt ist und eine obere Wandung 15 und einen Boden 16 hat.
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Mit 17 ist der Einlaß für das zu behandelnde Gut, mit 18 ist der Auslaß
zum Absaugen der Dämpfe, Gase oder dergl. bezeichnet. Im Boden 16 sind zwei Auslässe
19 und 19a vorhanden. Der Behälter 10 ist wie die Rohre 10 in Figur 1 außen mit
einer Induktionsspule 13 versehen. Auch ist die Wärmeisolation 11 vorhanden.
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Im Inneren des Behälters ist das Rührwerk 20 vorhanden, bestehend
aus der sehr stark bemessenen Welle 21. An dieser sind vertikal abstehende Streben
oder gelochte Platten 22, 22a und 22b vorhanden.
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Im Bereich des Bodens 16 des Behälters ist eine ebenfalls stark
bemessene
Platte 23 vorhanden. An den Streben 22 und der Platte 23 sind Stäbe 24, 24a und
24b vorhanden, die ebenfalls aus magnetischem Material bestehen.
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Die Figuren 4 und 5 zeigen an den Streben 22 die Stäbe 24 als Rundstäbe,
die teilweise hohl ausgebildet sind.
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Figur 6 zeigt S-förmige Ausleger mit ebenfalls runden Stäben.
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Die Mischer mit den Rührwerke nach den Figuren 3 bis 7 zeichnen sich
neben einigen bei der Förderschnecke bereits erwähnten .erkmale durch folgende Merkmale
bzw. deren Kombinationen aus: 1) Der eigentliche Rührer besteht aus massiven Stangen
eines magnetischen Materials von gleichem Durchmesser, die an ihren Enden in zwei
Haltevorri-chtunaen angeordnet sind, m) die Stangen bestehen aus unmagnetischem
Material, n) die Stangen haben unterschiedliche Durchmesser, o) der Durchmesser
der Stangen nimmt zur Peripherie hin ab, p) anstelle der Stangen treten Rohre, q)
die Rohre haben unterschiedliche Wandstärken, r) die Stangen oder Rohre sind in
Ltal tevorrichtungen angeordnet, die Jeweils senkrech zu einander stehen,
s)
die Stangen oder Rohre sind in Haltevorrichtungen angeordnet, die S-förmige Gestalt
haben, t) Gehäuse und Rührer sind aus unterschiedlichen Materialien.
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Figur 7 zeigt einen Behälter 10, dessen Anwendung in vertikaler Erstreckung
erfolgt. Er hat eine pause 25 mit Absaugstutzen 18 und 18a sowie zwei Einla.Söffnungen
17 und 17a.
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Der Behälter 10 ist von einer tnduktionsspule 13 umgeben. Vorhanden
-ist ebenfalls die Isolation 11 Mit 25 ist das MagnetJoch bezeichnet. Der Mantel
10 ist vorzugsweise aus unmagnetischem Material.
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Im Zentrum des Behälters 10 und sich über die wesentliche Länge der
Mittelachse erstreckend ist ein Magneteisenkern 27 aus lamellierten Eisenblechen
vorhanden, der umgeben ist von einer inneren Induktionsspule 28. Diese Induktionsspule
ist umgeben von einer Wärmeisolationsschicht. In dem Ringraum zwischen Mantel 10
und zentrischer induktiver Erhitzungseinrichtung mit deren Isolation sind vorhanden
Kanäle 30, 30a und 30b usw., deren zugeordnete Kanalwände 31, 31a, 31b usw. aus
einem magnetischen Material bestehen. Sie bestehen weiterhin aus Rohren unterschied'ichen
Durch messers, die mit entsprechendem Radialabstand ineinander gesteckt sind Es
kann sich auch um sonstige Bauelemente handeln. Diese werden von außen durch die
Induktionsspulen 13 und von innen durch
die Induktionsspulen 28
erwärmt oder erhitzt.
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Im oberen Bereich ist ein Gutverteiler und Stampfer 32 vorhanden,
der um die Welle 33 dreht und an dessen radial abstehenden Streben 34, auch in Gestalt
einer gelochten Platte, zylindrische Wandungen 35, 35a usw. ausgehen, die in die
vorerwähnten Kanäle 30, 30a usw. eingreifen. Der Auslad für das Gut ist mit 19 bezeichnet.
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- Ansprüche -
L e e r s e i t e