DE3603886A1

DE3603886A1 - Waermetauscher zur erwaermung stroemender gase oder fluessigkeiten

Info

Publication number: DE3603886A1
Application number: DE19863603886
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Mehlitz; Thomas Dipl Ing Bennoehr
Original assignee: MSR GES fur MESS STEUERUNGS U
Current assignee: MSR GES fur MESS STEUERUNGS U
Priority date: 1986-02-07
Filing date: 1986-02-07
Publication date: 1987-08-20

Description

Stand der Technik

Bekannte Wärmetauscher zur Erwärmung strömender Me dien haben folgenden charakteristischen Aufbau:

Nach Abb. 1 strömt das zu erwärmende Medium durch ein Fluidrohr (1), das außen von einer geeigneten Wärmequelle, wie z.B. einem elektrischen Heizwendel (2), aufgeheizt wird. Der Wärmestrom Q fließt von dieser Wärmequelle (2) durch das Fluidrohr (1) in das strömende Medium und erwärmt dieses um Δ T=Ta-Te, wenn das Medium mit der Temperatur Te in das Rohr eintritt und mit der Temperatur Ta dasselbe verläßt.

Entsprechend Abb. 2 ist an Stelle des elektrischen Heizwendels ein Wärmeträger (z.B. Wasser, Dampf oder Wärmeträgeröl) vorgesehen, der das Fluidrohr (5) in einem geeigneten Behälter, z.B. einem Mantelrohr (6), umschließt.

Heizwendel (Abb. 1, (2)) bzw. Mantelrohr (Abb. 2, (6)) sind meist mit einer Isolierschicht zur Reduzierung der Wärmeverluste (Abb. 1, (3) bzw. Abb. 2, (7)) und mit einer Schutzschicht (Abb. 1, (4) bzw. Abb. 2, (B)) um geben. Letztere schützt den Wärmetauscher, insbeson dere den Heizwendel (Abb. 1, (2)) vor vorzugsweise chemischen Einflüssen der Umgebung.

Für zahlreiche Anwendungsfälle, wie z.B. in der Bio technologie oder der Lebensmitteltechnologie, ist aus verfahrenstechnischen Gründen die Verwendung von rost- und säurebeständigen Stählen für die Fluid rohre (Abb. 1, (1) bzw. Abb. 2, (5)) zwingend. Charak teristisch für diese Werkstoffe sind ihre niedrige Wärmeleitfähigkeit (gegenüber Kupfer: Faktor 3.9×102) und ihr hoher spezifischer Ohmscher Wi derstand (gegenüber Kupfer: Faktor 40).

Nachteilig bei einem Wärmetauscher mit elektrischem Heizwendel (Abb. 1) ist, daß hier aus Sicherheits gründen für die Schutzschicht (4) ein besonders ho her Aufwand zu treiben ist.

Nachteilig bei Wärmetauschern nach Abb. 1 und Abb. 2 mit Edelstahl-Fluidrohren (Abb. 1, (1) und Abb. 2, (5)) ist, der geringen Wärmeleitfähigkeit des Edelstahles wegen, der schlechte Wärmeübergang von Heizwendel (Abb. 1, (2)) bzw. dem Wärmeträger im Mantelrohr (Abb. 2, (6)) auf das zu erwärmende Fluid. Dieser schlechte Wärmeübergang zwingt zu erhöhtem Isola tionsaufwand (Abb. 1, (3) bzw. Abb. 2, (7)), um die Wär meverluste in vertretbaren Grenzen zu halten, und führt bei gewünschten Änderungen der Aufheizung Δ T des Fluids oder für geänderte Volumenströme des Fluids bei gleichbleibender Aufheizung Δ T zu einer erheblichen Hysterese zwischen der gewünschten und der tatsächlichen Aufheizung.

Erfindung

Erfindungsgemäß werden diese Nachteile dadurch be hoben, daß die aus Edelstahl bestehenden Fluidrohre - unter Ausnutzung des hohen spezifischen Ohmschen Widerstandes von Edelstählen - unmittelbar als Heiz widerstände für eine elektrische Aufheizung dienen. Für den Wärmetauscher ergibt sich hieraus eine we sentliche konstruktive Vereinfachung, verbunden mit einer ebensolchen Steigerung des Wirkungsgrades durch Elimination der schlechten Wärmeleitfähigkeit von Edelstählen. Letzteres bewirkt bei temperatur geregelten Wärmetauschern zusätzlich eine erhebliche Verminderung der Hysterese zwischen Soll- und Ist- Aufheizung des Fluids. Eine erfindungsgemäße Ausfüh rung des Wärmetauschers ist in Abb. 3a dargestellt.

Das Fluidrohr (Abb. 3a, (10)) ist über die Anschluß klemmmen A,B mit einer geeigneten Stromversorgung verbunden, die beispielhaft in Abb. 3b dargestellt ist. In die dargestellte Stromversorgung mit Phasen anschnittsteuerung (Abb. 3b, (13)) ist ein Regler (Abb. 3b, (11)) integriert, der seine Istsignale von einem oder mehreren Temperatursensoren (Abb. 3a, (12)) erhält, die längs des Fluidrohres (Abb. 3a, (10)) an geordnet sind. An einem Stellglied (Abb. 3b, (14)) kann die Solltemperatur des Fluids, an einem weite ren (Abb. 3b, (15)) die zugeführte elektrische Energie in Abhängigkeit des Fluid-Volumenstromes V (Abb. 3a) eingestellt werden.

Nach Abb. 4a kann das Fluidrohr auch mit mehreren Gruppen von Anschlußklemmen A, B versehen sein, die mit einer oder mehreren Stromversorgungen verbunden sind. Dadurch ist die Fluidtemperatur durch Varia tion der Stromdichten in bestimmten Längenabschnit ten des Fluidrohres zu verändern bzw. durch bloße Kompensation des Wärmeverlustes konstant zu halten.

Die Temperatursenkung im Längenabschnitt III des Fluidrohres (siehe Abb. 4b) erfolgt durch Wärmeabga be an die Umgebung, die mit geeigneten Mitteln (z.B. Kühlwasser, Lüfter usw.) intensiviert werden kann.

Claims

1. Wärmetauscher zur Erwärmung strömender Gase oder Flüssigkeiten, in dem das zu erwärmende Medium während der Aufheizzeit durch ein vorzugsweise aus Edelstahl bestehendes Fluidrohr fließt, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidrohr - an eine ge eignete Stromversorgung angeschlossen - unmittel bar als elektrischer Heizwiderstand dient.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß an oder in dem Fluidrohr zwischen den Anschlußklemmen für die Stromversorgung einer oder mehrere Temperatursensoren angebracht sind, welche einem vorzugsweie in die Stromversorgung integrierten Temperaturregler die erforderlichen Signale für den Soll-Istabgleich der Fluiderwär mung liefern.

3. Wärmetauscher nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß über die Länge des Fluidrohres mehrere Gruppen von Anschlüssen zum Anschluß an eine oder mehrere Stromversorgungen angeordnet sind, wodurch die Temperatur des Mediums in be stimmten Längenabschnitten des Fluidrohres durch unterschiedlichen Heiz-Stromfluß variiert bzw. durch Zufuhr lediglich der Wärmeverlust-Energie konstant gehalten werden kann.