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Elektrischer Flüssigkeitserhitzer, bei welchem die zu erwärmende Flüssigkeit
durch eine Reihe von dicht nebeneinander angeordneten, im wesentlichen geraden Metallrohren
strömt Die Erfindung betrifft Verbesserungen an elektrischen Flüssigkeitserhitzern
für Öl, Wasser und anderen Flüssigkeiten und bezweckt eine Vorrichtung, vermittels
welcher die Flüssigkeit auf hohe Hitzegrade unter beträchtlichen Drucken gebracht
werden kann, wie es z. B. bei der Raffinierung und Krakkung von Rohöl erwünscht
ist, bei welcher oft das Öl auf Temperaturen von 4ao° C und darüber bei Drucken
von go Atm. und darüber erhitzt werden muß.
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Bei den elektrischen Flüssigkeitserhitzern, bei welchen die zu erwärmende
Flüssigkeit durch eine Reihe von dicht nebeneinander angeordneten, im wesentlichen
geraden Metallrohren strömt, deren dünne Wände aus Metall von hohem elektrischem
Widerstand: bestehen und durch einen Wechselstrom direkt beheizt werden, besteht
der Nachteil, daß eine erhebliche Selbstinduktion beim Durchgang der Wechselströme
auftritt. Dies ist auch dann der Fall, wenn die Rohre dicht nebeneinander verlaufen,
jedoch gruppenweise vom Strom in gleicher Richtung durchflossen werden.
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Erfindungsgemäß erzielt man eine praktisch völlige Aufhebung der Selbstinduktion,
wenn man die Rohre an ihren Enden in an sich bekannter Weise durch Krümmer hintereinanderschaltet,
so daß sie eine einzige Rohrschlange für die kontinuierlich hindurchströmende Flüssigkeit
bilden; während je zwei benachbarte Rohre an ihren einen Enden elektrisch voneinander
isoliert und an den entgegengesetzten Enden elektrisch verbunden sind und die Zu-
und Ableitung des niedergespannten Wechselstromes durch jene isolierten Enden erfolgt.
Vorzugsweise ist die Heizrohrschlange in einen verschlossenen Behälter eingebaut,
während ihre beiden Enden mit dem unteren bzw. oberen Teil des Dehälterinnenraumes
in Verbindung. stehen.
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Zur Sicherung einer ständigen Füllung der Rohrschlange sowie zur Erleichterung
des Austritts etwaiger Gase ist der Behälter durch O_uerwände nahe seinen beiden
Enden in eine Eintrittskammer, eine Austrittskammer und eine Mittelkammer unterteilt,
wobei die Enden der Rohrschlange in die Eintritts- bzw. Austrittskammer münden.
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Um ferner die Aufrechterhaltung einer gleichförmigen Temperatur der
ausströmenden Flüssigkeit zu gewährleisten, werden an sich bekannte thermostatische
Schalter von der Temperatur der aus der Rohrschlange ausströmenden Flüssigkeit beeinflußtund
dienen zur Steuerung des Heizstromes.
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Schließlich ist in an sich bekannter Weise nahe dem Eintrittsende
der Rohrschlange ein von der Flüssigkeitsströmung gesteuerter Schalter angeordnet,
welcher bei Strömungsverminderung oder Unterbrechung den Heizstrom ausschaltet.
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In den beiliegenden Zeichnungen ist die Erfindung an Flüssigkeitserhitzern
veranschaulicht, welche besonders zur Erhitzung von
Rohöl auf hohe
Temperatur geeignet sind, wobei das 01 durch den Erhitzer unter beträchtlichem
Druck und mit hoher Geschwindigkeit strömt. Es ist jedoch klar, daß die Erfindung
nicht auf solche Zwecke oder Anordnungen beschränkt ist und daß sie leicht abgeändert
werden kann, um in wirksamer Weise als Verdampfer zur Konzentrierung von Zuckerlösungen
oder anderen Flüssigkeiten oder zur Erzeugung von überhitztem Dampf oder für zahlreiche
andere Zwecke in der Industrie zu dienen.
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Abb. i stellt einen Aufriß eines elektrischen Flüssigkeitserhitzers
gemäß der Erfindung dar, welcher zur Raffinierung und Krackung von Öl bei hohen
Temperaturen und erhöhten Drucken dienen soll.
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Abb. 2 ist ein Querschnitt nach Abb. i. Abb. 3 stellt im vergrößerten
Maßstabe eine Einzelheit im Aufriß dar und zeigt insbesondere die Heizelemente und
die Art und Weise, in welcher der elektrische Strom diesen zugeführt wird.
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Abb. 4 ist ein Teilschnitt nach der Linie 4 der Abb. 3.
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Abb. 5 ist ein Aufriß einer abgeänderten Ausbildungsform gemäß der
Erfindung.
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@"1bb. 6 zeigt eine Teilansicht des einen Endes der Vorrichtung gemäß
Abb. 5, aus weleher die Art und Weise ersichtlich ist, wie ein niedriggespannter
Strom von hoher Stärke den Heizelementen von einem Trans- . formator zugeführt wird,
so daß er durch benachbarte Elemente in entgegengesetzten Richtungen fließt.
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Abb. 7 ist eine Teilansicht des entgegengesetzten Endes der Vorrichtung
gemäß Abb. 5 und zeigt die Verbindung der Enden der benachbarten Heizelemente.
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Die in den Abb. i bis 4 dargestellte bevorzugte Ausbildungsform der
Vorrichtung besteht aus einem Behälter i von vorzugsweise zylindrischer Form, welcher
aus Stahl oder einem anderen geeigneten Material hergestellt und _ so bemessen ist,
daß er der Temperatur und dem Druck, unter welchem das Rohöl behandelt werden soll,
widerstehen kann. Der Behälter ist mit Deckeln 2 verschlossen, welche Mannlöcher
3 tragen sowie geeignete Deckel für diese. Auf der Außenseite des Be-. hälters ist
eine Isolätion 4 vorgesehen, von welcher nur ein Teil dargestellt ist.
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Die Hilfsmittel zur Erhitzung der Flüssigkeit umassen ein rohrförmiges
Heizelement oder, wie aus den Abbildungen ersichtlich, vorzugsweise abwechselnd
eine Reihe von Elementen 5, 6 mit dünnen Wänden aus Material von hohem Widerstand,
beispielsweise aus Nickel-Kupfer-Legierung, Chromstahllegierung o. dgl. Die Heizelemente
sind itn Innern des Behälters auf Querwänden 7, 8 gelagert, die vorzugsweise in
der Nähe der Behälterenden angeordnet sind und das Innere desselben in einen Einlaßteil
g, einen Auslaßteil io und einen Mittelteil ii unterteilen. Die Querwand 7 besteht
vorzugsweise aus Kupfer oder einem anderen die Elektrizität gut leitenden Material
und dient zur Lagerung und auch zur Leitung des elektrischen Stromes von dem einen
Element zum anderen. Die Heizelemente können mit der Querwand 7 verschweißt oder
irgendwie sonst elektrisch und mechanisch verbunden sein. Die Querwand 8 besteht
aus isolierendem Material (z. B. Kunstharz) und ist so angeordnet, daß sie zur Lagerung
der anderen Enden der Heizelemente 5, 6 dient.
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Gegen die Querwand 8 und vorzugsweise mit ihr verbunden lagert sich
eine Leiterplatte 1.2 von geringem Widerstand, welche elektrisch mit den Heizelementen
5 verbunden ist, während auf der gegenüberliegenden Seite der Querwand 8 eine ähnliche
Leiterplatte 13 angeordnet ist, die elektrisch mit den Heizelementen 6 in
Verbindung steht.
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Um die Leiterplatte i2 von den Heizelementen 6 und die Leiterplatte
13 von den Heizelementen 5 zu isolieren, sind auf den betreffenden Heizelementen
geeignete Buchsen 14, 15 aus isolierendem Material angeordnet.
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Vermöge dieser Anordnung fließt ein' elektrischer Strom von verhältnismäßig
niedriger Spannung durch die abwechselnden Reihen der Heizelemente 5, 6 in entgegengesetzten
Richtungen, so daß die Wirkung der Selbstinduktion im wesentlichen aufgehoben wird,
welche sich sonst bemerkbar machen würde, wenn der Strom durch sämtliche Heizelemente
in der nämlichen Richtung fließen würde.
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Irgendwelche geeignete, an sich bekannte Hilfsmittel können zur Zuführung
eines verhältnismäßig niedrig gespannten Heizstromes an die Leiterplatten i2, 13
vorgesehen sein bzw. von diesen Platten auf die betreffenden Heizelemente.
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Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform wird der Strom von
der Sekundärwicklung 16 eines Transformators durch geeignete Leiter 17, 18 den Leiterplatten
12 bzw. 13 zugeführt.
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Die Primärwicklung ig des Transformators wird aus einem Wechselstromnetz
durch die Leiter 2o, 2,1 sowie einen Schalter 22, einen Unterbrecher 23 und einen
Spannungsregler 24 gespeist. Der Transformator ist gewünschtenfalls als Niederspannungstransformator
ausgebildet, so daß ein hochgespannter Strom von verhältnismäßig geringer Stärke
in .einen niedriggespannten Strom von hoher Stärke umgewandelt wird, der von der
Sekundärwicklung des Transformators zu den Heizelementen fließt.
Irgendwelche
geeignete, an sich bekannte Hilfsmittel können vorgesehen sein, um zu bewirken,
daß die Flüssigkeit durch die Rohrleitung, aus welcher die Heizelemente bestehen,
strömt. Bei der dargestellten und bevorzugten Ausführungsform sind die abwechselnden
Heizelemente 5, 6 durch geeignete Krümmer oder Verbindungsstücke 25, 26 verbunden,
so daß eine fortlaufende Rohrleitung gebildet wird, deren Abschnitte die Heizelemente
darstellen. Das eine Ende 27 der Rohrleitung steht mit der Innenkammer 9
des Behälters und das andere Ende a8 der Rohrleitung mit dem Austrittsende io des
Behälters in Verbindung.
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Die Flüssigkeit wird in den Einlaßteil9 der Leitung durch ein Rohr
29 und eine Pumpe 30 unter Druck gefördert oder durch andere geeignete druckerzeugende
Hilfsmittel. Auf diese Weise fließt ein Flüssigkeitsstrom nacheinander durch die
Heizabschnitte der Rohrleitung und wird nacheinander durch direkte Berührung mit
den Innenwänden jener Heizelemente während des Durchströmens erhitzt. Die durch
den Einlaß 29 eintretenden Flüssigkeiten oder Dämpfe werden also in erhitztem Zustande
der Auslaßkammer io zugeleitet, von wo sie durch ein geeignetes Auslaßrohr
3 1 austreten können.
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Vorzugsweise ist der untere Teil der Querwand 7 mit einer Reihe von
Löchern 32 versehen, durch welche die Flüssigkeit in den Mittelraum i i des
Behälters gepreßt wird. Entlüftungslöcher 33, welche vorzugsweise im oberen Teil
der Trennwand 8 vorgesehen sind, gestatten das Entweichen von Gasen und Dämpfen
und gewünschtenfalls auch den Austritt von Flüssigkeit in die Auslaßkammer io.
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Dadurch, daß die Heizelemente im Innern des Behälters i eingeschlossen
sind, welcher eine Form aufweist, die leicht großen Kräften und Innendrucken widersteht,
wird im wesentlichen auf die Innen- und Außenflächen der Heizelemente der gleiche
Druck ausgeübt, so daß es möglich ist, die Wandstärke dieser Elemente und auch der
Verbindungsstücke verhältnismäßig dünn und leicht zu gestalten und die Möglichkeit
eines Berstens oder Leckens auszuschließen, welche bei den gebräuchlichen Rohrerhitzern,
insbesondere zur Erhitzung und Behandlung von Rohölen und ähnlichem Material, unter
hohen Temperaturen und Drucken eine große Gefahrenquelle für den Arbeiter (Feuersgefahr)
bildet.
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Der zylindrische Behälter ist mit einer Erdleitung 34 versehen, welche
die Gefahr elektrischer Schläge -für die Arbeiter, welche mit dem Behälter oder
den Rohrleitungen in Berührung gelangen, ausschließt. Diese Erdleitung verhindert
auch die Entzündung oder Explosion von Öl oder Gasen durch elektrische Funken oder
Lichtbögen, die unter gewissen Bedingungen zufällig zwischen dem Behälter oder Rohrleitungen
und Erde auftreten können. Die Erdung macht auch eine elektrische Isolierung des
Behälters i und der Rohrleitung oder der metallischen Verbinduligen zwischen Erde
und Behälter i unnötig.
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Vorzugsweise sind an sich bekannte Hilfsmittel vorgesehen, um die
Heizelemente auf vorbestimmte Temperatur zu halten. Bei der dargestellten Ausbildungsform
wird dies durch Regulierung des elektrischen Stromes ermöglicht, welcher von einem
Thermostaten gesteuert wird, der der Höchsttemperatur der erhitzten Flüssigkeit
oder ihrer Dämpfe unterworfen ist.
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Bei der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich ein-=Thermostat
35 in das Aus -laßrohr 31 und ist mit geeigneten Drahtleitungen 36, 37 mit einem
Spannungsregler 24 für die Primärspule des Transformators verbunden. Wenn die Temperatur
der Flüssigkeit oder ihrer Dämpfe, welche aus dem Erhitzer durch das Auslaßrohr
31 ausströmt, einen vorbestimmten Wert übersteigt, bewirkt der Thermostat das Schließen
des Stromkreises durch die Leitungen 36, 37, so daß die Steuermittel für den Spannungsregler
in Tätigkeit gesetzt werden, welcher sogleich eine Verringerung der Primärspannung
des Transformator i9 bewirkt, wodurch auch die Sekundärspannung und der den Heizelementen
und 6 zugeführte Strom verringert wird und mithin auch die in diesen Elementen erzeugte
Wärme.
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Sollte andererseits die Temperatur der durch Rohrleitung 31 ausströmenden
Flüssigkeit oder Dämpfe zu niedrig sein, so wird durch die Thermostatvorrichtung
der erwähnte Stromkreis unterbrochen, so daß der Spannungsregler 24 eine Erhöhung
der Spannung bewirkt und mithin auch eine Verstärkung des durch die Heizelemente
5 und 6 fließenden Stromes und der darin erzeugten Wärme. Vermittels dieser Ausbildungsform
kann die Flüssigkeit praktisch auf eine vorbestimmte konstante Temperatur erhitzt
werden.
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Es sind ferner an sich bekannte Hilfsmittel vorgesehen, um den elektrischen
Strom derart zu überwachen, daß dieser nur dann durch die Heizelemente fließt, wenn
auch die Flüssigkeit durch diese und den Behälter strömt.
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Bei der dargestellten Ausbildungsform ist ein automatischer Schalter
38 im Einlaßrohr 29 angeordnet und wird durch den Flüssigkeitsstrom gesteuert. Der
Schalter 38 ist so angeordnet, daß beim Strömen der Flüssigkeit durch das Einlaßrohr
ein Stromkreis durch die Leitungen 39, 4o und das Solenoid oder den Magneten 41
des Unterbrechers 23 geschlossen
ist, so daß -letzterer
ebenfalls geschlossen bleibt und der Primärstrom des Transformators über den Schalter?,?,
fließt.
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Sollte die Flüssigkeitsströmung durch das Einlaßrohr 29 aufhören,
sei es durch Zufall oder aus anderen Gründen, dann werden die Kontakte des Schalters
38 unverzüglich geöffnet, wodurch eine Unterbrechung des Primärstromes für den Transformator
durch den Ausschalter 23 bewirkt wird, so daß keine weitere Stromzuführung zu den
Heizelementen mehr stattfindet.
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Wenn daher beim Betriebe der Einrichtung die Flüssigkeit unter Druck
in die Einlaßkammer 9 des Behälters x strömt, wird sie durch die Querwände 7, 8
gezwungen, die Heizrohrleitung zu durchfließen, wobei sie allmählich erwärmt wird.
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Da die Heizelemente im wesentlichen achsenparallel angeordnet sind
und der elektrische Strom je zwei benachbarte Elemente in entgegengesetzten Richtungen
durchflie13t, werden die Wirkungen der Selbstinduktion im wesentlichen aufgehoben.
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Die erwärmte Flüssigkeit und ihre Dämpfe treten aus der Heizröhrleitung
in die Austrittskammer des Behälters, aus welcher sie durch das Auslaßrohr 31 abgeführt
werden. Hierbei wirkt die ausströmende Flüssigkeit auf den Thermostat 35, welcher
seinerseits die Primärspannung des Transformators überwacht' und mithin den Heizstrom
regelt, so daß eine im wesentlichen konstante Temperatur der austretenden Flüssigkeit
oder ihrer Dämpfe erzielt wird.
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Irgendeine Unterbrechung in der Strömung der Flüssigkeit in die Einlaßkammer
des Behälters i bewirkt eine Unterbrechung des Primärstromes, so daß zufällige Überhitzungen
wegen Unterbrechung der Flüssigkeitsströmung völlig ausgeschlossen sind.
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Da die Löcher in der Querwand 7 den Eintritt der Flüssigkeit in die
Mittelkammer des Behälters gestatten und die Entlüftungslöcher den Austritt von
Luft oder Dämpfen oder auch von Flüssigkeit aus der Mittelkammer, wird innerhalb
und außerhalb der Heizrohrelemente im wesentlichen der nämliche Druck aufrechterhalten,
so daß diese auch für hohe Drucke aus dünnwandigem Material hergestellt «erden können,
was ferner ermöglicht, !, verhältnismäßig geringe Ströme von niedriger Stromstärke
zu benutzen, um die Heizelemente auf die gewünschte Temperatur zu erwärmen.
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Es können natürlich auch andere Hilfsmittel verwendet werden, um einen
Druckausgleich zwischen der Innen- und Außenseite der Heizelemente herbeizuführen.
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In den Abb. 5, 6 und 7 ist eine abgeänderte Ausbildungsform gemäß
der Erfindung dargestellt, bei welcher abwechselnde Reihen von Heizelementen 4a
und 43 entsprechend den obengenannten Elementen 5 und 6 vorgesehen sind, die an
ihren Enden durch geeignete [J-Rohre oder Verbindungsstücke 44 und 45 'verbunden
sind und in Pfeilern 46, 47, 48 vorzugsweise innerhalb des Mauerwerkes 49 gelagert
sind. Bei dieser Ausbildungsform wird die Flüssigkeit mittels einer geeigneten Pumpe
50 und Rohrleitung 5 i dem Einlaßende 52 der Rohrleitung zugeführt.
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Das Auslaßende 53 ist vorzugsweise mit einem Thermostat 54 versehen,
dessen Drahtleitungen 55, 56 zum elektrisch gesteuerten Ausschalter 57 führen, der
zur Regelung der Sekundärspannung des Transformators 59 dient, welcher in dem dargestellten
Beispiel als Dreiphasentransformator ausgebildet ist.
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Ferner kann in an sich bekannter Weise ein automatischer Schalter
6o im Einlaßrohr 5 i angeordnet sein, welcher auf einen geeigneten Unterbrecher
61 in den Primärleitungen des Transformators einwirkt. Ein verhältnismäßig niedrig
gespannter Wechselstrom wird aus der Sekundärwicklung des Transformators (ein- oder
mehrphasig) zur Heizung benutzt.