DE627388C - Elektrischer Durchflusserhitzer - Google Patents

Description

Die Erhitzung strömender Gase und Flüssigkeiten durch eine offene Flamme bringt mannigfache Schwierigkeiten und Unzuträglichkeiten mit sich. Man hat daher schon frühzeitig versucht, für diesen Zweck den elektrischen Strom nutzbar zu machen. So ließ man beispielsweise das Heizgut durch ein eisernes Rohr strömen, das in eine durch Wechselstrom erregte Spule gesteckt war und durch die in ihm entstehenden Wirbelströme erhitzt wurde. Ein anderes Verfahren verwendet einen Ein- oder Mehrphasentransformator, dessen Sekundärwicklung aus einer kurzgeschlossenen Rohrschlange besteht, welche das Heizgut durchströmt. Bei diesen Systemen macht es oft Schwierigkeiten, die notwendigen Heizflächen bei gegebener Leistung zu erreichen; außerdem lassen sich beim zweiten Verfahren nur mäßige Temperaturen erreichen, da sonst das Dynamoblech zu rasch altert.

Um diese Nachteile zu vermeiden, ist bereits vorgeschlagen worden, statt des lamellieften Eisenkernes massive eiserne Rohre (Schenkelrohre) zu verwenden, um welche Erregerspulen gelegt werden, die den Primärspulen des Transformators entsprechen. Als Sekundärkreis dient hierbei eine kurzgeschlossene Rohrschlange, die von dem im Schenkelrohr vorgewärmten Heizgut ebenfalls durchströmt wird. Der eiserne Mantel des Apparates soll hierbei als magnetischer Rückschluß dienen, da allgemein angenommen wurde, daß ein solcher Rückschluß erforderlich sei. Bei der einphasigen Ausführung dient ein reich-Hch dimensioniertes Kupferstück, das Anfang und Ende der Rohrschlange verbindet, zur Herstellung des sekundären Kurzschlusses.

Es ist.bekannt, daß es bei allen mit Niederfrequenz betriebenen Induktionsheizapparaten große Schwierigkeiten macht, vor allem bei · größeren Leistungen ohne Verwendung von kostspieligen Nebenapparaten, wie z. B. Kondensatoren, einen wirtschaftlichen Leistungsfaktor zu erreichen. Bei Durchflußerhitzern läßt sich die erzielte Leistung in die Leistung der Primär- und in die der Sekundärseite zerlegen. Die Primärleistung wird erzeugt durch die Magnetisierung des sogenannten Schenkelrohres mit Wechselstrom. Das Schenkelrohr tritt an die Stelle des lameliierten Eisenkerns. Neben dem Wirkstrom fließt also auch ein erheblicher Magnetisierungsstrom, wodurch sich im Mittel ein verhiältnismiäßiig niedriger Leistungsfaktor ergibt. Der Sekundärkreis stellt im wesentlichen einen Stromkreis mit rein ohmschem Widerstand dar, der Leistungsfaktor muß also nahe bei 1 sein. Beide Leistungen setzen sich geometrisch zur Gesamtleistung zusam-

*) Von dem Patent sucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Emil Fendt f in Wiesbaden und Dipl.-Ing. Carl Schörg in Frankfurt a. M.-Höchst.

men. Um. einen wirtschaftlichen Leistungsfaktor zu ?e£reicnen; wird man also bestrebt sein, den Anteil der .Sekundärleistung an der Gesamtleistung möglichst groß zu machen. Für gegebenen Leistungsfaktor läßt sich die nötige Sekundärleistung und damit auch die Windungszahl der Rohrschlange festlegen. Damit ist aber auch die primäre Windungszahl gegeben; aus dieser und dem verwendeten magnetischen Material des Schenkelrohres ergibt sich die Primärleistung. Bei den . üblichen Durchmessern der Schenkelrohre und mäßiger Primärleistung würde man große primäre Windungszahlen erhalten, also großen Kupferaufwand und damit zwangsläufig wieder eine größere Windungszahl der Rohrschlange als sie zur Übertragung der geforderten Wärmemenge nötig ist. Dies bedingt jedoch sowohl konstruktive Schwierigkeiten wie einen unwirtschaftlichen Materialaufwand.

Erfindungsgemäß wurde nun gefunden, daß man diese als zweckmäßig befundene Verteilung der Heizleistung auf Primär- und Sekundärkreis ohne die beschriebenen Nachteile erreichen kann, wenn man den lichten Querschnitt der die Primärspulen tragenden Schenkelrohre mindestens zehnmal so groß ausführt wie der lichte Querschnitt der Zuleitungsrohr« beträgt. Die beim Übergang aus den Zuleitungsrohren in die stark erweiterten Schenkelrohre sich ergebende plötz*- liche Querschnittsänderung bewirkt dabei gleichzeitig eine gute Durchwirbelung des Heizgutes, wodurch auch der Wärmeaustausch gefördert wird. Andererseits läßt sich durch Einbau von Verdrängungskörpern in die Schehkelrohre jede gewünschte Strömungsgeschwindigkeit des Heizgutes in den Schenkelrohren erreichen, unabhängig vom lichten Querschnitt des Schenkelrohres. Die Länge und Lage der Verdrängungskörper ist dabei durch die das Schenkelrohr umgebende Primärspule gegeben,

Esjst demnach möglich, durch die zweckmäßige Verteilung der Gesamtleistung auf den primären und sekundären Kreis einen guten Leistungsfaktor zu erzielen., der gestattet, den Apparat ohne Verwendung kostspieliger Einrichtungen zur Verbesserung des Leistungsfaktors an das- Netz öffentlicher Elektrizitätswerke anzuschließen. Außerdem ist der. Apparat einfach und kann kräftig gebaut werden, so daß er auch rauher Beanspruchung gewachsen ist.

In manchen Fällen ergibt sich hierbei, daß

die aus der erforderlichen Heizfläche resul-

■ tierende Windungszahl der Schlange größer ist als die zur Erzeugung des sekundären Wirkstroms notwendige. Es wird dann die Höhe der Primärspule so bemessen,, daß sie nur so viele Sekundärwindungen deckt, als zur Erzeugung des erforderlichen sekundären Wirkstromes nötig sind. Die übrigen Windungen wirken als Vorschaltwiderstand. Es wird also auch in ihnen Wärme erzeugt. Dieses Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn für das Leitwerk des Apparates aus chemischen Rücksichten Eisen nicht verwendet werden darf, sondern beispielsweise Alurninium genommen werden muß, weil dadurch der Wirkwider stand der Sekundärseite erhöht wird. Um die Schenkelrohre aus Aluminium werden in diesem Falle gußeiserne Hohlzylinder gesteckt, welche die hitzebeständigen Erregerspulen tragen.

Abb. ι zeigt eine Ansicht des Durchlauferhitzers gemäß Erfindung im Aufriß. Durch den Stutzen H tritt das Heizgut ein und wird durch das sternförmige Verbindungsrohr C₂ auf die drei Schenkelrohre A gleichmäßig verteilt; im Stutzen G vereinigen sich die drei Zweige und verteilen sich nach dem Verlassen des Stutzens B gleichmäßig auf die drei Rohrschlangen D. Der Stutzen F faßt die drei Zweige wieder zusammen und führt das Heizgut ab. Bemerkenswert ist der häufige Wechsel der Strömungsgeschwindigkeit, wodurch eine gute Durchwirbelung des Heizgutes gewährleistet wird. In die Schenkelrohre A sind Verdrängungskörper/ eingebaut, die bewirken, daß das Heizgut mit vorgegebener Geschwindigkeit an den durch die hitzebeständigen Erregerspulen B erwärmten Wandungen vorbeiströmt. Die starke Querschnittsvergrößerung des Schenkelrohres A gegenüber den Verbindungsrohren C₁ und C₂, im vorliegenden Falle auf das 12,5fache, gestattet auf der Primärseite große Heizflächen unterzubringen und mit geringen Windungszahlen der Erregerspulen B auszukommen, was eine erhebliche Kupferersparnis und räumliche Vereinfachung des Apparates bedeutet.

Abb. 2 stellt die Vorrichtung im Grundriß dar, und zeigt insbesondere die räumliche Anordnung der Scherikelrohre und Schlangen. Abb. 3 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform des Durchlauferhitzers bei Verwendung eines Schenkelrohrs aus Alurninium. Um dieses ist ein gußeiserner Hohlzylinder K geschoben, welcher die hitzebeständige Erregerspule L trägt. Das Ganze befindet sich im Innern der Rohrschlange M. Die Höhe IV der Erregerspule ist so bemessen, daß nur so viele Rohrschlangenwindungen induziert werden, wie zur Erzeugung- der sekundären Leistung notwendig ist. Der Verdrängungskörper/ erstreckt sich nur so weit in der Längsrichtung des Schenkelrohres wie der gußeiserne Hohlzylinder von der Erregerspule umgeben ist.

Claims (3)

1. Patentansprüche:
   ι. Elektrischer Durchflußerhitzer mit um seine eisernen Schenkelrohre angeordneten Primärspulen, die von konzentrisch liegenden Rohrschlangen umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß der lichte Querschnitt der die Primärspulen tragenden Schenkelrohre mindestens zehnmal so groß ist wie der lichte Querschnitt der Zuleitungsrohre und daß zur Regelung der Strömungsgeschwindigkeit und des Strömungsweges des Heizgutes innerhalb der Schenkelrohre Verdrängungskörper angeordnet sind, deren Länge und Lage durch die das Schenkelrohr umgebende Primärspule gegeben ist.
2. 2. Durchflußerhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von unmagnetischem Material für die Schenkelrohre um die Rohre eiserne Hohlzylinder als Träger der Primärspule geschoben sind.
3. 3. Durchflußerhitzer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärspule innerhalb der Rohrschlange so angeordnet ist, daß sie sich in der Längsrichtung nur über einen Teil der Windungen der Rohrschlange erstreckt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen