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Elektrisch beheizter Durchflußerhitzer für elektrisch leitende und
nichtleitende Flüssigkeiten Die bekannten elektrischen Heizvorrichtungen für während
des Durchströmens dieser Vorrichtungen zu erwärmende, elektrisch leitende oder nichtleitende
Flüssigkeiten weisen verschiedene Mittel zur Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen
Heizkörper und Flüssigkeitsstrom auf.
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Hierzu dient zunächst die Vergrößerung der Oberfläche der den elektrischen
Heizkörper gegen die Flüssigkeit unter Zwischenlegung eines elektrisch nichtleitenden
Stoffes abschließenden Wandung. Letztere wird zu diesem Zweck gewellt ausgeführt
oder mit Rippen versehen, wodurch eine Vergrößerung der Wärmeübergangsfläche erzielt
wird. Ferner ist es bekannt, den elektrischen Heizkörper so auszubilden, daß °der
Flüssigkeitsstrom in zwei oder mehrere Einzelströme geteilt wird, welche sich später
wieder vereinigen. Dies läßt sich beispielsweise bei einem rohrförmigen Heizkörper
dadurch erreichen, daß der eine Teilstrom außerhalb, der andere innerhalb der Röhren
oder bei, plattenförmigen Heizkörpern beiderseits der Heizplatten fließt. Es erfolgt
hierbei also eine örtlich vollständige Trennung der Teilströme, wobei jedem Einzelstrom
getrennt durch unmittelbare Berührung der Heizfläche die Wärme zugeführt wird. Trotz
dieser Maßnahmen haben jedoch die geschilderten' Einrichtungen den Nachteil, daß
nur die der Heizfläche zunächst befindlichen Flüssigkeitsschichten stark erhitzt
werden, die weiter entfernt liegenden aber kälter bleiben, wodurch naturgemäß der
Wärmewirkungsgrad, bezogen auf die Einheit der Wärmeübergangsfläche, herabgesetzt
wird.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur äußerst raschen
Übertragung der Wärme des elektrischen Heizkörpers durch alle Schichten des Flüssigkeitsstroms
in Verbindung mit einer besonderen, diese Einrichtung hinsichtlich der dadurch erzielten
Erhöhung des Wärmewirkungsgrades günstig ergänzenden Anordnung der elektrischen
Heizung. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß zwischen der gewellten
Heizfläche und dem äußeren Mantel ein durch Abstandsstücke in Abstand von beiden
gehaltenes engmaschiges (doppeltes) Drahtgeflecht angeordnet ist. ' Eine Ausführung
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen: Abb. r das ganze Gerät
in Ansicht, Abb. 2 den oberen Teil des Gerätes in Ansicht gegenüber Abb. z um go°
gedreht, Abb. 3 den von der Flüssigkeit durchflossenen Teil des Gerätes im Schnitt
und Abb.4 den Heizkörper im Schnitt.
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Die Flüssigkeit strömt zunächst durch den mit Anschlußstück versehenen
Schlauch r in den Behälter 2, welcher gleichzeitig als Druckregler und selbsttätiger
elektrischer Schalter ausgebildet werden kann. An den Behälter :2 schließt sich
der eigentliche Durchflußerhitzer
an. Letzterer besteht, wie Abb.
3 zeigt, aus einem biegsamen Metallschlauch 3, der innerhalb eines Gummischlauchs
4 verläuft. Der Raum zwischen Gummi- und Metallschlauch bildet den Durchflußraum
für die zu erhitzende Flüssigkeit. Der Gummischlauch wird. durch kleine, dem Metallschlauch
aufgesetzte gewölbte Erhöhungen 5 im richtigen Abstand gehalten. Der Heizkörper
selbst befindet sich innerhalb des Äletallschlauchs und besteht, wie aus Abb. 4
ersichtlich, aus einer elektrischen Heizspirale 6, wobei der vom unteren Ende zum
Behälter 2 zurückzuführende Draht 7 im Innern der Spirale verläuft. Sowohl die Spirale
als auch der- im Innern der Spirale verlaufende Draht sind mit - gelenkig ineinandergreifenden
Isolierperlen 8 bzw. g versehen, so daß das Ganze in hohem Maße biegsam ist.
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Biese Anordnung ergibt bei kleinstem Raumbedarf eine sehr hohe."Wärmeentwicklung.
Der innere Draht und die umgebende Spirale sind zwei .Wärmequellen, die such durch
gegenseitige Anstrahlung bzw. Leitung bei verhältnismäßig kleinem Durchmesser der
Heizspirale hoch erhitzen.
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Die ganze Heizeinrichtung einschließlich Isolierung liegt an der Innenwand
des Metallschlauches 3 an, der, wie Akb. 3 zeigt, dünnwandig und gewellt, also ebenfalls
sehr biegsam ausgebildet ist: Der Metallschlauch ist von einem doppelten Drahtgeflecht
to umgeben, däß sich auf kleine, gewölbte, den Rippen des Schlauchs aufgesetzte
Erhebungen r t abstützt. Durch diese Anordnung wird der Durchgangsraum der Flüssigkeit
in zwei Teile getrennt, wobei sich beide Flüssigkeitsschichten innig berühren. In
dem einen Raum zwischen dem gewellten Rohr 3 und dem Drahtgeflecht zo .strömt die
Flüssigkeit infolge der an. den Rippen und Drähten entstehenden großen Wirbelung
sehr langsam, ebenso noch bis zu einer geringen Zone außerhalb des Drahtgeflechts.
Infolge der großen Oberfläche des gerippten Rohres und der geringen Geschwindigkeit
der Flüssigkeit wird diese im Verlaufe.des Entlangfließens an dem gewellten Rohr
sehr stark erwärmt. Zwischen der Schicht in Zone ä und der infolge der glatten Innenwand
des Gummischlauchs schneller und in ruhigem, wirbelfreiem Strom sich bewegenden
Schicht der Zone b (Abb. 3), tritt ein Wärmeaustausch auf, der von verschiedenen
Faktoren abhängt, Die zwischen zwei durch eine Wandung getrennten Flüssigkeitsströmen
übergehende Wärmemenge wächst mit zunehmender Oberfläche der Wandung, zunehmender
Leitfähigkeit und steigendem Temperaturunterschied zwischen beiden Strömen sowie
mit zunehmender Wärmeübergangszahl zwischen Wand und Flüssigkeit. Mit wachsender
Stärke der Trennwand sinkt dagegen die übertragene Wärmemenge.
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Für diese Stärke ergibt sich in vorliegendem Fall durch Zweiteilung
des Flüssigkeitsstromes in Schichten mittels engmaschigem doppeltem Drahtnetz praktisch
nahezu der günstigste Wert Null, da beide Teilströme einander ohne Scheidewand berühren,
ohne sich jedoch zu vermischen.
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Naturgemäß wird die Wärmeübergangszahl zwischen Wand und Flüssigkeit
und damit auch die übertragene Wärmemenge mit zunehmender Fließgeschwindigkeit größer.
Der Teilstrom der Zone b fließt rasch und ruhig, während in der Zone a die Flüssigkeit
eine. langsame, wirbelnde Strömung zeigt. Innerhalb der Wirbel herrscht jedoch ebenfalls
wieder lebhafte Bewegung, so daß auch hier die einen raschen und starken Wärmeübergang
bedingende große Fließgeschwindigkeit auftritt. Diese hohe Geschwindigkeit innerhalb
der Wirbel, die zunächst die Wandung des Metallschlauches 3 umspülen, der infolge
der Wellung eine große Oberfläche aufweist, hat also einmal eine beschleunigte und
verstärkte Wärmeübertragung zwischen der elektrischen Heizspirale und der Flüssigkeitsschicht
der Zone a zur Folge, wodurch in dieser eine sehr hohe Temperatur erreicht wird
und sich gleichzeitig auch die Wärmeleitfähigkeit der Flüssigkeit verbessert. Die
an dem Drahtgeflecht ro in Zone c entstehende Wirbelung erzeugt auch hier gewissermaßen
wieder eine die Wärmeübertragung zwischen Zone a und Zone b fördernde
große Oberfläche, ferner tritt hier ebenfalls eine günstige hohe. Fließgeschwindigkeit
innerhalb der Wirbel auf. Zwischen der langsam fließenden, stark wirbelnden Schicht
der Zone a und der schneller und in ruhigem Strom fließenden Schicht der Zone b
tritt also besonders infolge der Wirbelung in Zone c eine sehr gute Wärmeübertragung
auf, die weiterhin noch dadurch verbessert wird, daß die durch das Drahtgeflecht
begrenzte Zone a der heißen, langsam fließenden und wirbelnden Flüssigkeitsschicht
noch um die Zone c verbreitert wird und damit einen hinsichtlich der Wärmeübertragung
auf Zone b sich günstig auswirkenden großen Wärmeinhalt besitzt.
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Der .vorstehend beschriebene Durchflußerhitzer kann, wie Abb. z zeigt,
am Ende mit einem Anschlußstück 12 für anzusteckende Flüssigkeitsaustrittsorgane
oder Werkzeuge versehen sein. An Stelle des Behälters :2 läßt sich dieses Anschlußstück
gleichzeitig als Träger der bei genügendem Druck der durchströmenden Flüssigkeit
selbsttätig wirkenden elektrischen Schaltverrichtung ausbilden, so daß dem Behälter
2 lediglich die Aufgabe
eines Druckwindkessels zufällt. Wie in Abb.
i beispielsweise an einer Reinigungsbürste dargestellt ist, werden die dem Anschlußstück
12 aufzusetzenden Teile zweckmäßig mit hbhlem Handgriff ausgebildet, so daß die
erhitzte Flüssigkeit an dessen Vorderteil ausströmen kann.