DE3421807A1 - Electrical electrode three-phase heating system having stepped regulation of the power - Google Patents
Electrical electrode three-phase heating system having stepped regulation of the powerInfo
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Abstract
Description
Elektrisches Elektroden-Dreiphasenheiz- Electric electrode three-phase heating
system mit Stufenregelung der Leistung Die Erfindung betrifft ein elektrisches Elektroden-Dreiphasenheizsystem mit Stufenregelung der Leistung. system with step regulation of the power The invention relates to a three-phase electric electrode heating system with step control of power.
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.The prior art is used for continuous power control The electrode system uses movable electrodes from the outside of the boiler operated by an actuator that controls the movable electrode system either rotates or shifts, whereby the electrical phase resistance and also the electrical power of the electric boiler changes. This arrangement is in the design regarding the sealing of the rotating shaft or the tie rods between the servo drive, located outside the boiler and the system of movable electrodes demanding inside the boiler. Next is the electrical control of the servo drive relatively complicated depending on the required performance. For the stepped power control, which has only been used sporadically so far until now the connection of the phase voltages to the larger or smaller Number of electrodes in the electrically conductive liquid used. It is there not the mutual combination of the connection of these electrodes to the phase voltage used to achieve the change in electrical resistance between them, nor is it always the load symmetry of the electrical three-phase feed system achieved and it is also not the rational use of the number of electrodes to the achieved number of rule levels reached.
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.The above-mentioned disadvantages are eliminated by the three-phase electric electrode heating system with step regulation of the power according to the invention. The heating system consists of one System of seven rod-shaped electrodes with round cross-sections connected to each other are fixed in parallel and isolated in the wall of the vessel, which is connected to an electrical conductive liquid is filled, where its active part in this liquid intervenes. The stick electrodes are centrically symmetrical in a hexagonal arrangement mounted with an electrode in the center in the axis of the cylindrical vessel. The heating element forms the actual electrically conductive liquid, which fills the space between the stick electrodes and the vessel. The main part of this The heating element is formed from shaped columns of the electrically conductive liquid, which fills the space between the facing parts of the surface of stick electrodes, which mutually fed the linked voltage of the electrical three-phase system will. The secondary part of the heating element is electrically conductive due to the shaped columns Liquid is formed, which is the space between the facing parts of the Surface of the cylindrical vessel on one side and the central rod electrodes at the other side opposite the parts of the surface of the stick electrodes fills, which opposite the cylindrical vessel and the central rod electrode the phase voltage of the electrical three-phase system is supplied. It is the central rod electrode is permanently conductive with the cylindrical vessel and at the same time with the zero point of the electrical three-phase feed system and with the electrical one Protection system against dangerous contact voltage connected. The circuit of the system for the lowest power is based on the fact that the first phase is connected to the first rod electrode is connected, the second phase is connected to the third rod electrode and the third phase is connected to the fifth rod electrode, so that the intermediate Stick electrodes, the second, the fourth and the sixth, remain without voltage. the Circuit for the higher power is based on the fact that the first phase is simultaneous connected to the first rod electrode and to the adjacent second rod electrode the second phase to the third rod electrode and to the adjacent fourth Rod electrode is connected and the third phase to the fifth rod electrode and is connected to the adjacent sixth rod electrode. The circuit for the highest performance is based on the fact that the first phase is sent to the first rod electrode and is connected to the opposite fourth rod electrode, the second Phase to the third rod electrode and the opposite sixth rod electrode is connected and the third phase to the second rod electrode and to the opposite fifth rod electrode is connected. The execution of the whole heating system exists in that the closed cylindrical vessel with connecting pieces for inlet and outlet the mandatory circulating electrically conductive liquid is provided and forms an independent boiler, or the cylindrical one Holey vessel is to enable the voluntary circulation of the electrically conductive liquid, and in this way forms the radiator, which is in a hot water tank of the electric conductive liquid is incorporated.
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.Compared to the original technical level of electrical electrode heating devices the subject matter of the invention has an advantage that the step control the performance is achieved by an electrode system without moving parts without the need to achieve the volume of liquid between the electrodes the power control and without the need to change the voltage size between to change the electrodes, with the three-phase electrical feed system at each Control stage is loaded three-phase and symmetrically. That is why the device is which forms the subject of the invention, simple, light in construction technically controllable and therefore also operationally reliable. With regard to the fact that the Dimensions of the device compared to other electrode control systems are significant are smaller, the heat losses are also smaller and therefore their degree of efficiency is also lower better. The operating costs of the device according to the invention are also significantly lower. Practically everyone can use the electrical electrode system according to the invention Electric resistance heating elements are used for hot preparation Service water and continuously used as a heat source for the electrical storage heater being, it is possible to also take advantage of its step control of the power to take advantage of.
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.An embodiment of the apparatus of an electrical electrode three phase heating system with a step control the performance according to the invention is in Fig. 1 in front view and in Fig. 2 in plan section for the case of their utilization shown as a once-through boiler with step control.
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.In Fig. 3 is a front view in the case of their implementation as Three-phase electrode heater shown with a step control, which in one Hot water tank is stored. Fig. 4 shows this embodiment in plan.
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.The device in Fig. 1 consists of a system of seven stick electrodes 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 with a round, advantageously cylindrical cross-section, mutually are parallel and isolated from each other, six of which are in a hexagonal arrangement are stored and the seventh in the axis of a cylindrical closed vessel 8 is stored, which is filled with an electrically conductive liquid 17. The cylindrical vessel 8 is together with the central rod electrode 7 both to the zero point of the three-phase feed system as well as to the electrical one used Protection system against dangerous contact voltage connected. The tension of the three-phase system are connected to terminals 9 of the stick electrodes 1, 2, 3, 4, 5, 6 connected. The electrically conductive liquid 17 passes into the vessel 8 it exits the nozzle 10 cold and heated through the nozzle 11. The lowest electrical performance of the electrode system is achieved when the first phase is on the first rod electrode 1, the second phase to the third rod electrode 3 and the third phase is connected to the fifth rod electrode 5. A higher electrical The performance of the electrode system is achieved when the first phase connected to the first rod electrode 1 and to the adjacent second rod electrode 2 is, the second phase to the third rod electrode 3 and to the adjacent fourth Rod electrode 4 is connected and the third phase to the fifth rod electrode 5 and is connected to the adjacent sixth rod electrode 6. The maximal electrical performance of the electrode system is achieved when the first phase is on the first rod electrode 1 and connected to the fourth rod electrode 4 opposite is, the second phase to the third rod electrode 3 and to the opposite sixth rod electrode 6 is connected and the third phase to the fifth rod electrode 5 and is connected to the opposite second rod electrode 2. The combination the switching of the voltage to the individual electrodes can either be done manually by a packet switch or automatically from the lowest electrical power step-wise to the higher power from the signal of the maximum temperature of the outlet medium from the electric boiler or from the signal of the maximum electric current between the electrodes are operated.
Das Verfahren zum Umschalten der Phasenkombinationen auf dem Elektrodensystem bildet nicht den Gegenstand dieser Erfindung.The procedure for switching the phase combinations on the electrode system does not form the subject of this invention.
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.The device in Figs. 3 'and 4 represents a three-phase electrode electric heater 12 with a step control, which is built into a hot water tank 13, for Example of hot water. The cylindrical vessel 14, which the jacket of the electrode heater 12 forms is perforated, so that the circulation of the electrical conductive liquid 17 from the space between the electrodes 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 in the upper space of the hot water tank 13 is possible. The feeding of the electrically conductive gene liquid 17 in the hot water tank 13 for the warm domestic water is through the nozzle 15 and the discharge through the nozzle 16 carried out.
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.The subject matter of the invention can be used anywhere where the direct conversion of electrical energy to heat generation in a electrically conductive liquid is required, which itself or its vapors serves as a heat-carrying medium. The most suitable application is electrical heating of the heating water for the electrical storage heater, the preparation of the warm Industrial water and for various chemical purposes, especially on low-voltage three-phase systems.
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