DE3932223C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Patronenheizkörper zur Beheizung von Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind Patronenheizkörper bekannt, welche eine direkte Be­ heizung aufweisen, so daß eine Zulassung zur Beheizung von brennbaren Flüssigkeiten aller Explosionsklassen im Bereich der Temperaturklassen T1-T4 (Bereich Zone 0), wie es beispielsweise die Beheizung der Sümpfe (Kondensate) aus Wasser mit darin gelösten Gasen in Gasreglerstationen erfordert, nicht möglich ist. Bei diesen Patronenheizkörpern ist insbesondere bei auftretenden Fehlern, wie z. B. einem elekrischen Kurzschluß zwischen Heizspirale und Rohrmantel, eine Beschädigung des den Heizkörper umgebenden Schutzrohres möglich.

Die DD-PS 36 722 zeigt einen elektrischen Patronenheizkörper zur Beheizung von Flüssigkeiten, der einen Heizkörper aufweist, welcher in ein Schutzrohr eingebaut ist. Innerhalb des Schutzrohres ist der Heizkörper allseitig von einer Flüssigkeit mit definiertem Siedepunkt umgeben. Das Schutzrohr ist druckdicht ausgebildet. Darüber hinaus weist der Patronenheizkörper einen Anschlußkopf zum elektrischen Anschluß des Heizkörpers auf.

Das Schutzrohr dieses bekannten Patronenheizkörpers ist gerade ausgebildet. Die Erhitzung innerhalb des Schutzrohres wird auf ein mit dem Schutzrohr fest verbundenes Federrohr übertragen, wobei infolge der Erwärmung des Schutzrohres ein auf dem Federrohr angeordneter Kontakt sich von einem im Anschlußkopf vorgesehenen Gegenkontakt löst und nach erfolgter Abkühlung sich an diesen Gegenkontakt wieder anlegt. Der vom Heizkörper bzw. vom Federrohr freie Hohlraum innerhalb des Schutzrohres ist vollständig von der den Heizkörper umgebenden Flüssigkeit ausgefüllt. Bei einem plötzlichen Temperaturanstieg innerhalb des Schutzrohres, der einerseits auf Unregelmäßigkeiten innerhalb des Patronenheizkörpers zurückzuführen sein kann oder andererseits aufgrund von außerhalb des Schutzrohres stattfindenden Vorgängen erfolgen kann, ist ein Bersten des Schutzrohres nicht ausgeschlossen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Patronenheizkörper der angegebenen Art zu schaffen, der nicht nur einfach herzustellen und zu montieren ist, sondern darüber hinaus auch eine Verwendung im Bereich der Temperaturklassen T1-T4 (Bereich Zone 0) zuläßt, d. h. der z. B. auch zur Beheizung der Sümpfe (Kondensate) aus Wasser mit darin gelösten Gasen in Gasreglerstationen anwendbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Rohr als Winkelrohr mit einem waagerechten Schenkel und einem senkrechten Schenkel ausgebildet ist, daß der Heizkörper im waagerechten Schenkel des Winkelrohres angeordnet ist, daß der senkrechte Schenkel mittels des Anschlußkopfs druckdicht verschlossen ist und Gas oder Luft enthält, daß der Flüssigkeitsspiegel im senkrechten Schenkel des Winkelrohres ausgebildet ist und daß möglichst hoch über dem Flüssigkeitsspiegel seitlich ein Rohrstück mit zwei in Reihe geschalteten, unabhängig arbeitenden Druckschaltern angeschlossen ist. Durch diese Ausgestaltung, nämlich flüssigkeitsgefüllter Patronenheizkörper in Verbindung mit drucküberwachter Gas- oder Luftfüllung, ist sichergestellt, daß der Patronenheizkörper, auch wenn er frei an Luft betrieben wird, d. h. wenn der Füllstand der zu beheizenden Flüssigkeit soweit abgesunken sein sollte, keine höheren Temperaturen als 110 Grad C = 80% der für T4 max. zulässigen Oberflächentemperatur von 135 Grad C annehmen kann. Die Einhaltung dieser Temperaturgrenze wird erreicht durch die Füllung des elektrischen Patronenheizkörpers, vorteilhafterweise mit Wasser, so daß ein geschlossenes System gebildet ist, welches drucküberwacht ist mit den beiden in Reihe geschalteten, unabhängig arbeitenden Druckschaltern, unter Ausnutzung des definierten Siedepunktes der Flüssigkeit. Aufgrund dieser Drucküberwachung in Verbindung mit dem definierten Siedepunkt der Flüssigkeit kann auf eine zusätzliche Temperaturüberwachung und Füllstandskontrolle der zu beheizenden Flüssigkeit verzichtet werden.

Aus der DE 31 20 837 A1 ist ein in explosiver Umgebung verwendbarer Patronenheizkörper bzw. Tauchsieder bekannt, dessen zylindrischer Heizkörper durch ein Bündel eingekapselter Heizelemente gebildet ist. Zum Schutz des Patronenheizkörpers bzw. des Tauchsieders dient ein auf der Grundlage der Ausdehnung einer Flüssigkeit arbeitender Wärmeschutzschalter, der an einer Verankerung des Tauchsieders zwischen den eingekapselte Heizelementen angeordnet ist.

Die DE-GM 82 12 850 zeigt einen herkömmlichen Tauchsieder für Spülbehälter. Der eigentliche Heizkörper dieses Tauchsieders hat vertikale und senkrechte Abschnitte, seine Ein- und Ausschaltung wird durch eine Temperaturschaltungsanordnung gesteuert.

In weiterer vorteilhafter Ausbildung des erfindungsgemäßen elektrischen Patronenheizkörpers erfolgt der Einbau des Heizkörpers im waagerechten Schenkel des Winkelrohres mittels Zentrierscheiben derart, daß dieser immer von einem Flüssigkeitsmantel umgeben ist. Der Flüssigkeitsmantel weist eine Dicke von ca. 10 mm auf. Die Flüssigkeitsfüllung ist vorteilhaft derart bemessen, daß deren Füllhöhe in dem senkrechten Schenkel des Winkelrohres 100-200 mm beträgt. Diese Füllhöhe bezieht sich auf den kalten Zustand des Rohrheizkörpers.

Die Druckschalter besitzen einen Einschaltpunkt bei ca. 1,1 bar und einen Ausschaltpunkt von ca. 1,4 bar. Die Schalt­ punkte können bei speziellen Medien mit höheren zulässigen Temperaturen entsprechend eingestellt werden. Bei den beiden vorstehend angegebenen Schaltpunkten beträgt die Flüssigkeits­ temperatur 102 bzw. 110 Grad C. Die Druckschalter sind aus Sicherheitsgründen in Reihe geschaltet. Sollte sich wider Erwarten ein Leck in dem geschlossenen System ergeben, dann wird der Patronenheizkörper durch die auf einen Mindestdruck­ wert eingestellten Druckschalter bleibend abgeschaltet, während durch die auf einen Maximaldruckwert eingestellten Druckschal­ ter sichergestellt ist, daß der Berstdruck des Patronenheiz­ körpers niemals erreicht werden kann.

Die Drucküberwachung mit den beiden Druckschaltern ist an einen geprüften, eigensicheren Steuerstromkreis angeschlos­ sen.

Das Winkelrohr besteht aus dem waagerechten und dem senk­ rechten Schenkel mit einem dazwischen angeordneten Winkel­ stück, wobei dieses als Schweißkonstruktion ausgeführt ist. Je nach Bedarf besteht der Patronenheizkörper aus Stahl, Kessel-, Siedrohr- oder nichtrostendem Stahl mit einem Rohr­ innendurchmesser von z.B. 50 mm und einer Wandstärke von mindestens 3,2 mm bei Stahl sowie von mindestens 2,0 mm bei nichtrostendem Stahl.

An dem senkrechten Schenkel des Winkelrohres ist ein Be­ festigungsflansch angeschweißt, dessen Höhenanordnung dem jeweiligen Bedarf angepaßt ist. Beim Einbau des Patronenheiz­ körpers in die jeweilige Anlage ist darauf zu achten, daß der Anschlußkopf desselben immer außerhalb der Zone 0, also im Bereich der Zone 1, liegt.

An dem waagerechten Schenkel des Winkelrohres ist eine Bo­ denplatte angebracht von beispielsweise 8 mm Dicke, so daß eine sichere Abstützung des Patronenheizkörpers gewährleistet ist.

Sämtliche Teile des Patronenheizkörpers sind druckdicht miteinander verschweißt. Diese werden auf Festigkeit und Dichtheit mit mindestens 30 bar Überdruck geprüft, bei einer Prüfdauer zwischen 10 und 60 sec.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der druck­ dichte Abschluß zwischen dem druckfest gekapselten Anschluß­ kopf und dem senkrechten Schenkel des Winkelrohres mittels einer druckdicht eingeschweißten Durchführungsplatte herge­ stellt, in die eine druckdichte Leitungsdurchführung mit Ge­ winde dicht eingeschraubt ist. Der Betriebsdruck des ge­ schlossenen Systems beträgt 1,1 bis 1,4 bar. Die Anschluß­ leitungen des Heizkörpers sind mittels Schrumpfschläuchen wasserdicht an den Heizkörper angeschlossen.

An das Rohrstück mit den beiden Druckschaltern ist ein Füll­ ventil angeschlossen. Das Füllventil wird nur zur erstmaligen Befüllung des geschlossenen Systems mit Flüssigkeit sowie für die nachfolgende Aufgabe von Luft bzw. Gas verwendet. Danach ist das Füllventil durch eine Plombierung gesichert. Dieses kann somit nicht abblasen, wobei außerdem ein unbemerktes Nachfüllen verhindert ist.

Der Patronenheizkörper ist in der Zündschutzart druckfeste Kapselung ausgeführt. Eine etwa auftretende Temperaturerhöhung infolge eines Kurzschlusses an dem im explosionsgeschützten Patronenheizkörper eingebauten elektrischen Heizkörper wird durch den diesen umgebenden Wassermantel verhindert. Außerdem ist eine Korrosion des Rohrmantels von innen heraus praktisch ausgeschlossen, da sich in dem geschlossenen und drucküber­ wachten System ein sog. "Sauerstoff-Gleichgewicht" einstellt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an Hand der Zeich­ nung näher erläutert, und zwar zeigt diese eine Seitenansicht des elektrischen Patronenheizkörpers.

Der Patronenheizkörper besteht im wesentlichen aus dem Winkel­ rohr 1, dessen waagerechter Schenkel mit 2 und dessen senk­ rechter Schenkel mit 3 bezeichnet sind. Zwischen dem waage­ rechten Schenkel 2 und den senkrechten Schenkel 3 ist das Winkelstück 4 eingesetzt. Der senkrechte Schenkel 3 ist an seinem oberen Ende durch den druckgekapselten Anschlußkopf 5 verschlossen.

Der Heizkörper 6 ist im waagerechten Schenkel 2 des Winkel­ rohres 1 angebracht und wird von einer Flüssigkeitsfüllung, vorzugsweise Wasser, umgeben, welche sich bis in den senk­ rechten Schenkel 3 erstreckt. Der Spiegel der Flüssigkeit im senkrechten Schenkel 3 ist mit 7 bezeichnet.

Unterhalb des Anschlußkopfes 5 ist an dem senkrechten Schen­ kel 3 seitlich ein Rohrstück 8 angebracht, welches mit zwei in Reihe geschalteten, unabhängig arbeitenden Druckschaltern 9 ausgerüstet ist, welche der Einfachheit halber mit einem Bezugszeichen versehen sind. Außerdem ist an das Rohrstück 8 noch ein Füllventil 10 angeschlossen.

Der Einbau des Heizkörpers 6 in den waagerechten Schenkel 2 erfolgt mittels Zentrierscheiben 11 derart, daß dieser immer von einem Flüssigkeitsmantel umgeben ist.

An dem waagerechten Schenkel 2 des Winkelrohres 1 ist an dessen äußerem Ende eine Bodenplatte 16 angebracht, wobei zwischen dieser und dem freien Ende des Heizkörpers 6 ein Erdanschluß 17 für diesen vorgesehen ist.

An dem senkrechten Schenkel 3 ist ein Befestigungsflansch 12 angeschweißt, und zwar in einer solchen Höhe, daß dieser im­ mer außerhalb der Zone 0, also im Bereich der Zone 1, liegt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß sich das Rohrstück 8 mit den beiden Druckschaltern 9 sowie dem Füllventil 10 immer zwischen Befestigungsflansch 12 und Anschlußkopf 5 be­ findet.

Der druckdichte Abschluß zwischen dem druckfest gekapselten Anschlußkopf 5 und dem geschlossenen System, der immer ober­ halb der Drucküberwachung bzw. oberhalb des Füllventils lie­ gen muß, wird durch eine druckdicht eingeschweißte Durch­ führungsplatte 13 hergestellt, in die eine druckdichte, nicht weiter dargestellte Leitungsdurchführung mit einem Gewinde dicht eingeschraubt ist.

Der Anschluß des Heizkörpers 6 an die druckdichte Leitungs­ durchführung wird mit Aderleitungen durchgeführt, die unter Verwendung von Schrumpfschläuchen 14 wasserdicht an den Heiz­ körper 6 angeschlossen sind. Die Prüfspannung gegen Masse be­ trägt beispielsweise 2 kV.

Der erforderliche Potentialausgleich ist über die außen an dem Anschlußkopf 5 vorhandene Anschlußstelle sicherzustellen.

Claims (13)

1. Elektrischer Patronenheizkörper zur Beheizung von Flüssigkeiten, mit einem Heizkörper (6), einem Rohr, in dem der Heizkörper (6) eingebaut und allseitig von einer Flüssigkeit mit definiertem Siedepunkt umgeben ist und das druckdicht geschlossen ist, und einem Anschlußkopf (5), dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr als Winkelrohr (1) mit einem waagerechten Schenkel (2) und einem senkrechten Schenkel (3) ausgebildet ist, daß der Heizkörper (6) im waagerechten Schenkel (2) des Winkelrohres angeordnet ist, daß der senkrechte Schenkel (2) mittels des Anschlußkopfes (5) druckdicht verschlossen ist und Gas oder Luft enthält, daß der Flüssigkeitsspiegel (7) im senkrechten Schenkel (3) des Winkelrohres (1) ausgebildet ist und möglichst hoch über dem Flüssigkeitsspiegel (7) seitlich ein Rohrstück (8) mit zwei in Reihe geschalteten, unabhängig arbeitenden Druckschaltern (9) angeschlossen ist.

2. Patronenheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbau des Heizkörpers (6) in den waagerechten Schen­ kel (2) des Winkelrohres (1) mittels Zentrierscheiben (11) derart erfolgt, daß dieser von einem Flüssigkeitsmantel um­ geben ist.

3. Patronenheizkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Flüssigkeitsfüllung derart bemessen ist, daß deren Mindestfüllhöhe in dem senkrechten Schenkel (3) des Winkelrohres (1) 100 mm beträgt.

4. Patronenheizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckschalter (9) auf einen Mindestdruck und auf einen Maximaldruck eingestellt sind.

5. Patronenheizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucküberwachung mit den beiden Druckschaltern (9) an einen geprüften, eigensicheren Steuerstromkreis angeschlossen ist.

6. Patronenheizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Winkelrohr (1) aus dem waa­ gerechten Schenkel (2) und dem senkrechten Schenkel (3) sowie dem dazwischen angeordneten Winkelstück (4) besteht und als Schweißkonstruktion ausgeführt ist.

7. Patronenheizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an das Rohrstück (8) mit den bei­ den Druckschaltern (9) ein Füllventil (10) angeschlossen ist.

8. Patronenheizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllventil (10) durch eine Plombierung gesichert ist.

9. Patronenheizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem senkrechten Schenkel (3) des Winkelrohres (1) ein Befestigungsflansch (12) angeschweißt ist.

10. Patronenheizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ende des waagerechten Schenkels (2) des Winkelrohres (1) eine Bodenplatte (16) an­ gebracht ist, welche über den Erdanschluß (17) mit dem freien Ende des Patronenheizkörpers (6) verbunden ist.

11. Patronenheizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Teile des Patronenheiz­ körpers druckdicht miteinander verschweißt sind.

12. Patronenheizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der druckdichte Abschluß zwi­ schen dem druckfest gekapselten Anschlußkopf (5) und dem senkrechten Schenkel (3) des Winkelrohres (1) mittels einer druckdicht eingeschweißten Durchführungsplatte (13) herge­ stellt ist, in die eine druckdichte Leitungsdurchführung mit Gewinde dicht eingeschraubt ist.

13. Patronenheizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußleitungen (15) des Heizkörpers (6) mittels Schrumpfschläuchen (14) wasserdicht an dem Heizkörper (6) angeschlossen sind.