DE3421807A1 - Elektrisches elektroden-dreiphasenheizsystem mit stufenregelung der leistung - Google Patents

Description

• Elektrisches Elektroden-Dreiphasenheiz-
• system mit Stufenregelung der Leistung Die Erfindung betrifft ein elektrisches Elektroden-Dreiphasenheizsystem mit Stufenregelung der Leistung.
• Beim Stand der Technik werden für die kontinuierliche Leistungsregelung der Elektrodensysteme bewegliche Elektroden benützt, die vom Außenraum des Kessels durch einen Stellantrieb betätigt werden, der das bewegliche Elektrodensystem entweder dreht oder verschiebt, wodurch sich der elektrische Phasenwiderstand und auch die elektrische Leistung des Elektrokessels ändert. In der Konstruktion ist diese Anordnung bezüglich der Abdichtung der drehbaren Welle oder der Zugstangen zwischen dem Servoantrieb, der außerhalb des Kessels untergebracht ist, und dem System der beweglichen Elektroden im Innern des Kessels anspruchsvoll. Weiter ist die elektrische Steuerung des Servoantriebs in Abhängigkeit von der verlangten Leistung verhältnismäßig kompliziert. Für die stufenförmige Leistungsregelung, die bisher nur vereinzelt angewendet wird, wird bisher der Anschluß der Phasen spannungen an die größere oder kleinere Zahl der Elektroden in der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit benützt. Es ist dabei nicht die gegenseitige Kombination des Anschlusses dieser Elektroden an die Phasenspannung zur Erreichung der Änderung des elektrischen Widerstandes zwischen diesen ausgenützt, es ist auch nicht immer die Belastungssymmetrie des elektrischen Dreiphasenspeisesystem erreicht und es wird auch nicht die rationelle Ausnutzung der Zahl der Elektroden zur erzielten Zahl der Regel stufen erreicht.
• Die oben angeführten Nachteile beseitigt das elektrische Elektrodendreiphasenheizsystem mit Stufenregelung der Leistung nach der Erfindung. Das Heizsystem besteht aus einem System von sieben stangenförmigen Elektroden runden Querschnitte, die zueinander parallel und isoliert in der Wand des Gefäßes befestigt sind, das mit einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit gefüllt ist, wo deren aktiver Teil in diese Flüssigkeit eingreift. Die Stabelektroden sind zentrisch symmetrisch in einer hexagonalen Anordnung mit einer Elektrode in der Mitte in der Achse des zylindrischen Gefäßes gelagert. Das Heizelement bildet die eigentliche elektrisch leitfähige Flüssigkeit, welche den Raum zwischen den Stabelektroden und dem Gefäß ausfüllt. Der Hauptteil dieses Heizelementes ist aus Formsäulen der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit gebildet, die den Raum zwischen den zugewandten Teilen der Oberfläche von Stabelektroden ausfüllt, welchen gegenseitig die verkettete Spannung des elektrischen Dreiphasensystems zugeführt wird. Der Nebenteil des Heizelements ist durch die Formsäulen der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit gebildet, welche den Raum zwischen den einander zugewandten Teilen der Oberfläche des zylindrischen Gefäßes an der einen Seite und der zentrischen Stabelektroden an der anderen Seite gegenüber den Teilen der Oberfläche der Stabelektroden ausfüllt, welchen gegenüber dem zylindrischen Gefäß und der zentrischen Stabelektrode die Phasen spannung des elektrischen Dreiphasensystems zugeführt wird. Dabei ist die zentrische Stabelektrode dauernd leitfähig mit dem zylindrischen Gefäß und gleichzeitig mit dem Nullpunkt des elektrischen Dreiphasenspeisesystems und mit dem elektrischen Schutzsystem gegen gefährliche Berührungsspannung verbunden. Die Schaltung des Systems für die niedrigste Leistung beruht darauf, daß die erste Phase an die erste Stabelektrode angeschlossen ist, die zweite Phase an die dritte Stabelektrode angeschlossen ist und die dritte Phase an die fünfte Stabelektrode angeschlossen ist, so daß die zwischenliegenden Stabelektroden, die zweite, die vierte und die sechste, ohne Spannung bleiben. Die Schaltung für die höhere Leistung beruht darauf, daß die erste Phase gleichzeitig an die erste Stabelektrode und an die benachbarte zweite Stabelektrode angeschlossen ist, die zweite Phase an die dritte Stabelektrode und an die benachbarte vierte Stabelektrode angeschlossen ist und die dritte Phase an die fünfte Stabelektrode und an die benachbarte sechste Stabelektrode angeschlossen ist. Die Schaltung für die höchste Leistung beruht darin, daß die erste Phase an die erste Stabelektrode und an die gegenüberliegende vierte Stabelektrode angeschlossen ist, die zweite Phase an die dritte Stabelektrode und die gegenüberliegende sechste Stabelektrode angeschlossen ist und die dritte Phase an die zweite Stabelektrode und an die gegenüberliegende fünfte Stabelektrode angeschlossen ist. Die Ausführung des ganzen Heizsystems besteht darin, daß das geschlossene zylindrische Gefäß mit Stutzen für Eingang und Ausgang der zwingend zirkulierenden elektrisch leitfähigen Flüssigkeit versehen ist und einen selbständigen Kessel bildet, oder das zylindrische Gefäß löchrig ist um die freiwillige Zirkulation der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit zu ermöglichen, und auf diese Weise den Heizkörper bildet, der in einen Heißwasserspeicher der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit eingebaut ist.
• Gegenüber dem ursprünglichen technischen Stand der elektrischen Elektrodenheizvorrichtungen weist der Gegenstand der Erfindung einen Vorteil darin auf, daß die Stufenregelung der Leistung durch ein Elektrodensystem ohne bewegliche Teile erreicht wird ohne die Notwendigkeit, das Volumen der Flüssigkeit zwischen den Elektroden zur Erreichung der Leistungsregelung zu ändern und ohne die Notwendigkeit, die Spannungsgröße zwischen den Elektroden zu ändern, wobei das elektrische Speisedreiphasensystem bei jeder Regelungsstufe dreiphasen- und symmetrisch belastet wird. Darum ist die Vorrichtung, welche den Gegenstand der Erfindung bildet, in der Konstruktion einfach, leicht technisch beherrschbar und also auch betriebssicher. Mit Rücksicht darauf, daß die Abmessungen der Vorrichtung im Vergleich mit anderen Elektrodenregelsystemen wesentlich kleiner sind, sind auch die Wärmeverluste kleiner und deshalb ist auch ihr Wirkungsgrad besser. Wesentlich kleiner sind auch die Betriebskosten der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Durch das elektrische Elektrodensystem nach der Erfindung können praktisch alle elektrischen Widerstandsheizkörper ersetzt werden, die für Zubereitung von heißem Brauchwasser und als Wärmequelle für die elektrische Speicherheizung laufend benützt werden, wobei es möglich ist, auch die Vorteile seiner Stufenregelung der Leistung auszunutzen.
• Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung eines elektrischen Elektrodendreiphasenheizsystems mit einer Stufenregelung der Leistung nach der Erfindung ist in Fig. 1 in Vorderansicht und in Fig. 2 im Grundrißschnitt für den Fall ihrer Ausnutzung als ein Durchlaufkessel mit Stufenregelung dargestellt.
• In Fig. 3 ist eine Vorderansicht für den Fall ihrer Ausführung als Dreiphasen-Elektrodenheizköprer mit einer Stufenregelung dargestellt, der in einem Heißwasserspeicher gelagert ist. Fig. 4 stellt diese Ausführung im Grundriß dar.
• Die Vorrichtung in Fig. 1 besteht aus einem System von sieben Stabelektroden 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 mit rundem, vorteilhaft zylindrischem Querschnitt, die zueinander parallel und voneinander isoliert sind, von denen sechs in einer hexagonalen Anordnung gelagert sind und die siebente in der Achse eines zylindrischen geschlossenen Gefäßes 8 gelagert ist, das mit einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit 17 gefüllt ist. Das zylindrische Gefäß 8 ist zusammen mit der zentrischen Stabelektrode 7 sowohl an den Nullpunkt des Dreiphasenspeisesystems als auch an das benützte elektrische Schutzsystem gegen gefährliche Berührungsspannung angeschlossen. Die Spannungen des Dreiphasensystems werden an die Klemmen 9 der Stabelektroden 1, 2, 3, 4, 5, 6 angeschlossen. Die elektrisch leitfähige Flüssigkeit 17 kommt in das Gefäß 8 durch den Stutzen 10 kalt und erwärmt tritt sie durch den Stutzen 11 aus. Die niedrigste elektrische Leistung des Elektrodensystems wird erreicht, wenn die erste Phase an die erste Stabelektrode 1, die zweite Phase an die dritte Stabelektrode 3 und die dritte Phase an die fünfte Stabelektrode 5 angeschlossen ist. Eine höhere elektrische Leistung des Elektrodensystems wird erreicht, wenn die erste Phase an die erste Stabelektrode 1 und an die benachbarte zweite Stabelektrode 2 angeschlossen ist, die zweite Phase an die dritte Stabelektrode 3 und an die benachbarte vierte Stabelektrode 4 angeschlossen ist und die dritte Phase an die fünfte Stabelektrode 5 und an die benachbarte sechste Stabelektrode 6 angeschlossen ist. Die maximale elektrische Leistung des Elektrodensystems wird erreicht, wenn die erste Phase an die erste Stabelektrode 1 und an die gegenüberliegende vierte Stabelektrode 4 angeschlossen ist, die zweite Phase an die dritte Stabelektrode 3 und an die gegenüberliegende sechste Stabelektrode 6 angeschlossen ist und die dritte Phase an die fünfte Stabelektrode 5 und an die gegenüberliegende zweite Stabelektrode 2 angeschlossen ist. Die Kombination der Umschaltung der Spannung an die einzelnen Elektroden kann entweder von Hand durch einen Paketumschalter oder automatisch von der niedrigsten elektrischen Leistung stufenwe-ise auf die höhere Leistung vom Signal der maximalen Temperatur des Austrittsmediums aus dem elektrischen Kessel oder vom Signal des maximalen elektrischen Stromes zwischen den Elektroden betätigt werden.
• Das Verfahren zum Umschalten der Phasenkombinationen auf dem Elektrodensystem bildet nicht den Gegenstand dieser Erfindung.
• Die Vorrichtung in Fig. 3'und 4 stellt einen elektrischen Dreiphasenelektrodenheizkörper 12 mit einer Stufenregelung, der in einem Heißwasserspeicher 13 eingebaut ist, zum Beispiel für warmes Brauchwasser dar. Das zylindrische Gefäß 14, welches den Mantel des Elektrodenheizkörpers 12 bildet, ist gelocht, so daß die Zirkulation der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit 17 aus dem Raum zwischen den Elektroden 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 in den oberen Raum des Heißwasserspeichers 13 möglich ist. Die Zuführung der elektrisch leitfähi- gen Flüssigkeit 17 in den Heißwasserspeicher 13 für das warme Brauchwasser wird durch den Stutzen 15 und die Abführung durch den Stutzen 16 durchgeführt.
• Die Ausnutzung des Gegenstandes der Erfindung ist überall dort möglich, wo die direkte Umwandlung der elektrischen Energie auf die Wärmeentwicklung in einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit verlangt wird, welche selbst oder ihre Dämpfe als wärmetragendes Medium dient. Die geeignetste Anwendung ist die elektrische Erwärmung des Heizwassers für die elektrische Speicherheizung, die Zubereitung des warmen Nutzwassers und für verschiedene chemsiche Zwecke, insbesondere an Niederspannungs-Dreiphasensysteme.
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Claims (6)

1. Elektrisches Elektroden-Dreiphasenheiz-System mit Stufenregelung der Leistung PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektrisches Elektroden-Dreiphasenheizsystem mit Stufenregelung der Leistung, bestehend aus einem Elektrodensystem, dessen Elektroden zueinander parallel und isoliert in der Wand eines Gefäßes befestigt sind, wo ihr aktiver Teil in eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit eingreift, dadurch g e k e n n z e i c h n e t z, daß es aus sieben Stabelektroden (1, 2, 3, 4, 5, 6 ,7) runden 2 Querschnitts besteht, von denen sechs hexagonal zentrischsymmetrisch in einem zylindrischen Gefäß (8, 14) angeordnet sind, das mit der zu erwärmenden Flüssigkeit (17) gefüllt ist, und die zentrische Stabelektrode in der Achse des zylindrischen Gefäßes (8, 14) angebracht ist, wobei das Hauptheizelement durch Formsäulen der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit ( 17) gebildet ist, die den Raum zwischen den zugewandten Teilen der Oberfläche der Stabelektroden (1, 2, 3, 4, 5, 6) ausfüllt, welchen die verkettete Spannung des elektrischen Dreiphasensystems zugeführt wird, wobei ein Nebenheizelement aus Formsäulen der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit (17) gebildet ist, welche den Raum zwischen den zugewandten Teilen der Oberfläche des zylindrischen Gefäßes (8, 14), der zentrischen Stabelektrode (7) und der Stabelektroden (1, 2, 3, 4, 5, 6) ausfüllt, welchen gegen das zylindrische Gefäß (8,14) und die zentrische Stabelektrode (7) die Phasenspannung des elektrischen Dreiphasensystems zugeführt wird, wobei die zentrische Stabelektrode (7) dauernd mit dem zylindrischen Gefäß (8, 14) und gleichzeitig mit dem Nullpunkt des elektrischen Dreiphasenspeise systems und mit dem elektrischen Schutzsystem gegen gefährliche Berührungsspannung leitfähig verbunden ist.
2. 2. Elektrisches Elektroden-Dreiphasenheizsystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die erste Phase an die erste Stabelektrode (1), die zweite Phase an die dritte Stabelektrode (3) und die dritte Phase an die fünfte Stabelektrode (5) angeschlossen ist.
3. 3. Elektrisches Elektroden-Dreiphasenheizsystem nach Anspruch 1 dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die erste Phase an die erste Stabelektrode (1) und an die zweite Stabelektrode (2) angeschlossen ist, die zweite Phase an die dritte Stabelektrode (3) und die vierte Stabelektrode (4) angeschlossen ist und die dritte Phase an die fünfte Stabelektrode (5) und die sechste Stabelektrode (6) angeschlossen ist.
4. 4. Elektrisches Elektroden-Dreiphasenheizsystem nach Anspruch 1 dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die erste Phase an die erste Stabelektrode (1) und an die vierte Stabelektrode (4) angeschlossen ist, die zweite Phase an die dritte Stabelektrode (3) und die sechste Stabelektrode (6) angeschlossen ist und die dritte Phase an die zweite Stabelektrode (2) und die fünfte Stabelektrode (5) angeschlossen ist.
5. 5. Elektrisches Elektroden-Dreiphasenheizsystem nach Ansprüchen 1 und 2, 1 und 3 oder 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das zylindrische Gefäß (8) mit Stutzen (10, 11) für den Eintritt und Austritt der zwingend zirkulierenden elektrisch leitfähigen Flüssigkeit (17) versehen ist und einen selbständigen Kessel bildet.
6. 6. Elektrisches Elektroden-Dreiphasenheizsystem nach Ansprüchen 1 und 2, 1 und 3 oder 1 und 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das zylindrische Gefäß (14) zum Ermöglichen der freiwilligen Zirkulation der zu erwärmenden Flüssigkeit gelocht ist und einen Körper bildet, der in einen Heißwasserspeicher (13) der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit (17) eingebaut ist.