DE68918017T2

DE68918017T2 - Wasserzirkulations- und -behandlungssystem für Elektroden für einen Wasserrheostaten.

Info

Publication number: DE68918017T2
Application number: DE68918017T
Authority: DE
Inventors: Kesafumi Matsumoto
Original assignee: Koken Co Ltd
Current assignee: Koken Co Ltd
Priority date: 1988-07-11
Filing date: 1989-06-26
Publication date: 1995-04-20
Anticipated expiration: 2009-06-27
Also published as: KR900002047A; CN1039501A; CN1015578B; US4984623A; US4939500A; EP0351086A3; EP0556868B1; DE68928403T2; DE68928403D1; EP0556868A3; EP0351086B1; DE68918017D1; EP0351086A2; KR920002257B1; EP0556868A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrodenwasserzirkulations- und -behandlungssystem für einen Wasserrheostaten, beispielsweise zum Messen oder Testen der Leistungseigenschaften einer Energiequelle, beispielsweise eines elektrischen Generators und eines Inverters.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt ein herkömmlich ausgebildeter Wasserrheostat A, der vom Erfinder konzipiert wurde, eine Basiselektrode 1 in der Form eines Zylinders, der eine vorgegebene Menge an Elektrodenwasser W enthält, das durch die Elektrode zirkuliert wird, eine Hauptelektrode 5 in der Form eines Zylinders, der sich vertikal durch ein elektrisch isolierendes Lager 3 erstreckt, welches die Mitte des Bodens 1a der Basiselektrode 1 durchläuft, und einen elektrisch isolierenden Zylinder 7, der die Hauptelektrode 5 umgibt und vertikal gleitfähig ist, um die Länge des nicht bedeckten Abschnittes der Hauptelektrode 5 einzustellen. Ein Entwässerungsloch 2 ist in einem geeigneten Abschnitt des Bodens 1a der Basiselektrode 1 vorgesehen. Ein Stromkabel 4 für eine Stromquelle (in Fig. 1 nicht gezeigt) ist an das untere Ende der Hauptelektrode 5 angeschlossen, das sich außerhalb des elektrisch isolierenden Lagers 3 erstreckt. Eine Wasserzuführöffnung 6 ist im oberen Abschnitt des elektrisch isolierenden Zylinders 7 vorgesehen, so daß Kühlwasser W durch die Öffnung 6 geführt wird.
Eine Vielzahl von derartigen Wasserrheostaten A ist vorgesehen (obwohl nicht alle in Fig. 1 gezeigt sind), und die Hauptelektroden 5 der Rheostate A sind an eine Einphasen- oder Dreiphasen-Stromquelle angeschlossen. Die Basiselektroden 1 der Rheostate A sind mit Hilfe eines Erdkabels 8 aneinandergeschaltet und geerdet. Wenn die Zahl der Phasen der Stromquelle 3 beträgt, sind die Wasserrheostaten A in Form einer Y-Schaltung miteinander verbunden. Die Wasserzuführöffnung 6 und das Entwässerungsloch 2 in jedem der Rheostate A stehen mit einer Elektrodenwasserkühl- und -behandlungseinheit B in Verbindung, die in Fig. 1 gezeigt und in den japanischen Patenten 123 287/1987 und 124 474/1987 beschrieben ist.
Die Elektrodenwasserkühl- und -behandlungseinheit B funktioniert derart, daß das vom Wasserrheostat A abgezogene erwärmte Wasser W gekühlt und zum Rheostat A zurückgeführt wird. Die Einheit B umfaßt einen Radiator 9, ein Sprührohr 10 zum Sprühen von Wasser auf die Rückseite des Radiators 9, ein Gebläse 11 zum Blasen von Luft von einer Stelle hinter dem Sprührohr 10, einen Kanal 12, mit dem die auf den Radiator 9 vom Gebläse 11 geblasene Luft, die zur Vorderseite des Radiators 9 strömt, geführt wird, so daß die Luft nach oben dispergiert, einen Tank 13 für wiedergewonnenes Wasser, der unter dem Radiator 9 angeordnet ist, um das vom Sprührohr 10 auf den Radiator 9 gesprühte Wasser wiederzugewinnen, und einen Speichertank 14 zum Speichern des Elektrodenwassers W, das durch den Wasserrheostat A und den Radiator 9 umgewälzt wird.
Die Kühl- und Behandlungseinheit B besitzt eine Reinwasserfülleitung 20, eine Elektrodenwasserkühl- und -umwälzleitung 22, eine Spülrückführleitung 24 und eine Sprühwasserzuführleitung 27, die den Radiator 9, das Sprührohr 10, den Tank 13 für das wiedergewonnene Wasser und den Speichertank 14 miteinander verbindet. Die Reinwasserfülleitung 22 dient zur Zuführung von Elektrodenwasser W vom Speichertank 14, das von einer Reinwasserpumpe 16 durch ein Wasserzuführrohr 15 gepumpt wird, das sich in den Speichertank 14 erstreckt. Das Wasser wird durch Filter 17 und 18 und einen Wasserreiniger 19 behandelt, wodurch die Reinheit des Wassers verbessert wird. Die Elektrodenwasserkühl- und -umwälzleitung 22 dient zur Zuführung des Elektrodenwassers W, das von der Reinwasserfülleitung 20 empfangen wird, zum Wasserrheostat A über den Zuführabschnitt 22a und zur Zuführung des vom Rheostat A abgezogenen erwärmten Wassers zur unteren Einlaßöffnung 9a des Radiators 9 mit Hilfe einer Elektrodenwasserzirkulationspumpe 21, die in der Elektrodenwasserkühl- und -umwälzleitung 22 vorgesehen ist. Die Spülrückführleitung 24 dient zur Rückführung des Elektrodenwassers W, das vom Entwässerungsabschnitt 22b der Elektrodenwasserkühl- und -umwälzleitung 22 aufstromseitig der unteren Einlaßöffnung 9a des Radiators 9 extrahiert wurde, zur Reinwasserfülleitung 20 mit Hilfe einer Kühlschlange 23 und der Reinwasserpumpe 16. Die Sprühwasserzuführleitung 27 dient zur Zuführung des durch eine Sprühpumpe 25 gepumpten Wassers zum Sprührohr durch das Wasserzuführrohr 15 oder ein Saugrohr 26, das sich in den Tank 13 für das wiedergewonnene Wasser erstreckt. Die Kühl- und Behandlungseinheit B umfaßt ferner Wechselventile 28, 29 und 30, die mit den Leitungen 20, 22, 24 und 27 in Verbindung stehen.
Ein Gebläsemotor 31, Drehzahlregler 32, 33 und 34 in der Form von Invertern, die zum Regeln der Drehzahlen des Gebläsemotors 31, der Reinwasserpumpe 16 und der Sprühpumpe 25 dienen, sowie eine Kühlschlange 35 sind ferner vorgesehen.
Bei C in Fig. 1 ist eine automatische Steuereinheit zum vertikalen Bewegen des elektrisch isolierenden Zylinders 7 dargestellt. Die automatische Steuereinheit C umfaßt ein Meßinstrument 36, das die elektrische Leistung und/oder den durch das Stromkabel 4 geführten elektrischen Strom mißt und ein Meßwertsignal S1 abgibt, das der elektrischen Leistung oder dem elektrischen Strom entspricht, eine Steuereinrichtung 37, die das Signal S1 empfängt und ein Steuersignal S2 abgibt, das aus einem Vergleich des Signales S1 mit einem vorgegebenen Wert resultiert, und eine Operationseinheit 38, die das Steuersignal S2 empfängt und den elektrisch isolierenden Zylinder 7 bewegt.
Die Wasserrheostaten A, die Elektrodenwasserkühl- und -behandlungseinheit B, die automatische Steuereinheit C und die zugehörigen Komponenten können auf der Ladefläche eines Lastkraftwagens o. ä. installiert werden, so daß sie rasch transportiert werden können.
Hiernach wird die Funktionsweise der Elektrodenwasserkühl- und -behandlungseinheit B im einzelnen erläutert. Das gereinigte Wasser wird dem Zuführabschnitt 22a der Elektrodenwasserkühl- und -umwälzleitung 22 mit Hilfe der Wasserzuführpumpe 15 der Reinwasserfülleitung 20 zugeführt und strömt in den Wasserrheostaten A durch die Wasserzuführöffnung 6, wie mit durchgezogenen Pfeilen in Fig. 1 dargestellt ist. Das Wasser wird vom Speichertank 14 durch die Reinwasserpumpe 16 nach oben gepumpt, so daß es durch die Pumpe 16 und die Kühlschlange 35 strömt. Sand u.ä. wurde daraus vom Filter 17 entfernt, während Chlor vom Filter 18 entfernt wurde, bevor das Wasser in den Wasserreiniger 19 eindringt.
Obwohl die elektrische Leitfähigkeit des in den Wasserreiniger 19 eindringenden Wassers etwa 200 us/cm beträgt, fällt die Leitfähigkeit auf etwa 1 us/cm durch den Reiniger 19 ab. Wenn die elektrische Leitfähigkeit des Wassers durch die Auflösung einer Verunreinigung im Wasser infolge der Anfangsrotation der Elektrodenwasserpumpe 21 ansteigt, wird das Wasser abgelassen und dann erneut dem vorstehend beschriebenen Behandlungs- und Füllschritt unterzogen. Da die maximale Betriebstemperatur des Wasserreinigers 19 40ºC beträgt, finden die Kühlschlangen 23 und 35 Verwendung, um die Temperatur des Wassers auf nicht mehr als 40ºC zu halten. Nachdem die Reinwasserfülleitung 20 durch die Wechselventile 29 und 30 geschlossen worden ist, wird die Elektrodenwasserumwälzpumpe 21 aktiviert, so daß das Elektrodenwasser W durch die Elektrodenwasserkühl- und -umwälzleitung 22 umgewälzt wird, wie durch die gestrichelten Pfeile in Fig. 1 dargestellt ist.
Zur gleichen Zeit wird die Sprühpumpe 25 aktiviert, so daß das Wasser im Speichertank 14 nach oben durch das Wasserzuführrohr 15 und durch die Sprühwasserzuführleitung 27 zum Sprührohr 10 geführt wird, wie durch die gestrichelten Pfeile in Fig. 1 gezeigt. Dann wird das Wasser vom Sprührohr 10 auf den Radiator 9 gesprüht, wie in Fig. 1 dargestellt. Der Gebläsemotor 31 wird ebenfalls eingeschaltet, um das Gebläse 11 in Betrieb zu setzen und Luft von einer Stelle hinter dem Radiator 9 zu blasen.
Wenn das Elektrodenwasser W durch den Wasserrheostat A strömt, wirkt das Wasser als elektrischer Widerstand, so daß es elektrische Energie verbraucht und dadurch erwärmt wird. Das erwärmte Wasser W wird dann dem Radiator 9 zugeführt, so daß es vom Sprühwasser gekühlt wird, während das erwärmte Wasser durch den Radiator 9 strömt. Das Sprühwasser wird auf der Oberfläche des Radiators 9 durch die Wärme des durch den Radiator strömenden erwärmten Wassers W verdampft und dann von der Luft, die von der Stelle hinter dem Radiator 9 durch das Gebläse 11 geblasen wird, geleitet, so daß das verdampfte Wasser und die Luft nach oben entlang den Führungsplatten 12a des Kanales 12 vor dem Radiator 9 verteilt werden, wie durch die gestrichelten Linien 1 in Fig. 1 gezeigt. Das somit vom Radiator 9 gekühlte Elektrodenwasser W strömt durch die Auslaßöffnung 9b aus und wird dann wieder durch den Zuführabschnitt 22a der Elektrodenwasserkühl- und -umwälzleitung 22 zum Wasserrheostat A zurückgeführt. Ein Teil des Sprühwassers, das auf den Radiator 9 gesprüht wurde, um das erwärmte Wasser W darin abzukühlen, das jedoch durch dessen Wärme nicht verdampft wurde, haftet am Kanal 12 und fällt unter Schwerkraftwirkung herab, so daß es vom Tank 13 aufgenommen wird. Wenn das Wasser im Tank 13 bis in die Nähe des maximalen Niveaus angestiegen ist, wird das Wechselventil 28 so umgeschaltet, daß das Wasser von der Sprühpumpe 25 durch das Ansaugrohr 26 nach oben gepumpt und dem Sprührohr 10 zugeführt wird. Der Tank 13 für das wiedergewonnene Wasser und der Speichertank 14 können miteinander verbunden sein, so daß auf das Wechselventil 28 und das Ansaugrohr 26 verzichtet werden kann.
Wenn die elektrische Leitfähigkeit des Elektrodenwassers W während des Betriebes des Wasserrheostaten A mit hoher Spannung reduziert werden muß, werden die Wechselventile 29 und 30 umgeschaltet, so daß das in Fig. 1 durch die strichpunktierten Pfeile angedeutete Wasser durch die Spülrückführleitung 24, die Reinwasserfülleitung 20 und die Elektrodenwasserkühl- und -umwälzleitung 22 umgewälzt wird. Das Elektrodenwasser W wird dann vom Wasserrheostat A durch die Elektrodenwasserumwälzpumpe 21 abgezogen, durch die andere Kühlschlange 23 von der Reinwasserpumpe 16 zur Kühlschlange 35 geführt und durch die Filter 17 und 18 und den Wasserreiniger 19 zum Wasserrheostat A zurückgeführt, so daß das Wasser von Fremdpartikeln, wie beispielsweise Chlor etc., gereinigt und somit die elektrische Leitfähigkeit des Wasser reduziert wird.
Wenn der Wasserrheostat A mit einem hohen elektrischen Strom bei einer niedrigen Spannung betrieben werden soll, wird ein elektrisch leitfähiges Salz im Elektrodenwasser W gelöst, um die elektrische Leitfähigkeit des Wassers gegenüber der von üblichem Leitungswasser, d. h. 200 us/cm, zu erhöhen. Das Elektrodenwasser W wird dann durch den Rheostaten A und die Elektrodenwasserkühl- und -umwälzleitung 22 umgewälzt.
Eine Elektrodenwassertemperatursteuereinheit D umfaßt ein Temperaturmeßinstrument 39, einen Temperaturvergleicher 40, die Drehzahlregler 32 und 34, die Betätigungseinheit 38, eine Alarmeinheit 41 und eine Sicherheitsschaltungsunterbrechungseinheit 42. Das Temperaturmeßinstrument 39 ist an der unteren Einlaßöffnung 9a des Radiators 9, die mit dem Ende des Entwässerungsabschnittes 22b der Elektrodenwasserkühl- und -umwälzleitung 22 verbunden ist, vorgesehen und mißt die Temperatur des Elektrodenwassers W, das durch die untere Einlaßöffnung 9a fließt, so daß das Instrument 39 ein Meßwertsignal S3 abgibt. Der Temperaturkomparator 40 vergleicht das Meßwertsignal S3 und gibt ein Steuersignal S4 ab, das aus dem Vergleich des Meßwertsignales S3 mit einem vorgegebenen Wert resultiert. Wenn das Steuersignal S4 einen vorgegebenen zulässigen Maximaltemperaturwert überschritten hat, gibt der Komparator 40 ein Notsignal S5 ab. Die Drehzahlregler 32 und 34 besitzen die Form von Invertern, die das Steuersignal S4 empfangen und den Antrieb des Motors der Sprühpumpe 25 sowie den des Motors 31 des Gebläses 11 regeln können. Wenn die Betätigungseinheit 38 ein Notsignal S5 empfängt, rückt sie eine Kupplung (in Fig. 1 nicht gezeigt) aus. Wenn die Alarmeinheit 41 das Notsignal S5 empfängt, gibt sie ein Warnsignal ab. Zur gleichen Zeit trennt die Sicherheitsschaltungsunterbrechungseinheit 42 die Stromquelle und den Wasserrheostat A voneinander.
Die automatische Steuereinheit C und die Elektrodenwassertemperatursteuereinheit D sind in ein herkömmliches Elektrodenwasserumwälz- und -bearbeitungssystem X für den Wasserrheostat A eingebaut, um auf diese Weise Sicherheitsmerkmale für den Fall einer unnormalen Betriebsweise vorzusehen.
Wenn die Elektrodenwasserzirkulationspumpe 21 während des Betriebes des Wasserrheostaten A gestoppt hat oder deren Antriebsleistung stark abgefallen ist, so daß der Durchsatz des Elektrodenwassers W von der Pumpe 21 drastisch abgenommen hat, wird die umgewälzte Wassermenge zu Null oder reduziert, so daß ein scharfer Anstieg der Temperatur des Wassers in der Basiselektrode 1 auftritt, der ein Sieden und ein Überströmen des Wassers verursachen kann. Dieses Phänomen ist äußerst gefährlich. Da darüber hinaus eine Zeitverzögerung auftritt, bis das Temperaturmeßinstrument 39 den scharfen Temperaturanstieg des Elektrodenwassers W detektiert, kann eine Bogenentladung zwischen der Basiselektrode 1 und der Hauptelektrode 5 während der Zeitverzögerung auftreten, da die Hauptelektrode nicht mehr mit Wasser bedeckt ist. Bis ein Kurzschlußstrom aufgrund der Bogenentladung vom Meßinstrument 36 detektiert wird, wird der elektrisch isolierende Zylinder 7 nach unten bewegt, um die Hauptelektrode 5 vollständig abzudecken und diese zu isolieren. Aus diesen Gründen besteht die Wahrscheinlichkeit, daß die Abwärtsbewegung des Zylinders 7 zum Isolieren der Hauptelektrode 5 wahrscheinlich zu spät durchgeführt wird, um einen gefährlichen Zwischenfall zu verhindern, der aus dem Auftreten des Lichtbogens α resultiert.
Es wird davon ausgegangen, daß die vertikalen und parallelen Elektrodenplatten P1 und P2 einander gegenüberliegen, wobei eine feste Wassermenge L im Wasserrheostat A' vorhanden ist, wie in Fig. 2 gezeigt. Wenn eine Spannung E, die an die Elektrodenplatten P1 und P2 angelegt ist, auf einen bestimmten Wert erhöht wird, findet zwischen den Platten eine Entladung statt. Wenn die Elektrodenplatten P1 und P2 unendlich lange flachen Platten wären, die parallel zueinander lägen, würde nur höchst unwahrscheinlich eine Entladung dazwischen stattfinden. Solche unendlich langen flachen Platten sind jedoch in der Realität nicht vorhanden. Das Potential V an der Oberfläche der Elektrodenplatte ergibt sich wie folgt:
V = K Q/r
In dieser Gleichung bedeuten K einen Koeffizienten, Q die Menge der elektrischen Ladung und r den Krümmungsradius der Elektrodenplatte. Da die Elektrodenplatte flach ist, ist der Krümmungsradius r unendlich groß. Das Potential V an der Ecke R der Elektrodenplatte entspricht jedoch dem für den Fall r 0. Das Potential V im Fall r 0 ist unendlich hoch, wie aus der obigen Gleichung hervorgeht. Daher tritt die Entladung am wahrscheinlichsten an der Ecke der Elektrodenplatte auf. Die Ecke einer jeden Elektrodenplatte kann eliminiert werden, indem die Platte als Kugel oder als Zylinder ausgebildet wird. Zu diesem Zweck besteht die Hauptelektrode 5 aus einem oberen und einem unteren halbkugelförmigen Endabschnitt 5a und 5b und einem zylindrischen Zwischenabschnitt 5c, wie in Fig. 3 gezeigt. Da der Krümmungsradius der zylindrischen Basiselektrode 1, die außerhalb der Hauptelektrode 5 angeordnet ist, größer ist als der der Hauptelektrode 5, ist das Potential an der Basiselektrode 1 geringer als das an der Hauptelektrode 5.
Die Entladung im Wasser W zwischen der Hauptelektrode 5 und der Basiselektrode 1 im Wasserrheostat A findet statt durch eine Blase, die durch die örtliche Erhitzung der Oberfläche der Hauptelektrode 5 erzeugt wird. Wenn die Blase zwischen den Elektroden 1 und 5 erzeugt wird, schwankt der Bereich, in dem sich die Elektroden besonders nah gegenüberliegen. Da die Bewegung der Blase unregelmäßig ist, ändert sich der elektrische Widerstand zwischen den Elektroden 1 und 5 unregelmäßig, so daß ein dielektrisches Durchschlagen auftritt. Die einzige Möglichkeit zum Verhindern und Entfernen der Blase besteht darin, die Oberfläche der Hauptelektrode 5 durch einen gleichmäßigen schnellen Wasserstrom zu kühlen und zu reinigen.
Ein herkömmlicher Wasserrheostat dieser Art wurde vom Erfinder des Gegenstandes der vorliegenden Anmeldung erfunden und in der japanischen Patentanmeldung 251 652/1987 offenbart. Hierbei wurde die Form und Konstruktion der Hauptelektrodeneinheit 43 des Wasserrheostaten A in der in Fig. 4 gezeigten Weise modifiziert. Fig. 4 zeigt den elektrisch isolierenden Träger 3, die Hauptelektrode 5 am Träger 3, eine Elektrodenverbindungsstange 44, den Boden 1a der Basiselektrode 1, einen festen Block 45, der durch Schrauben 46 am Boden 1a der Basiselektrode 1 befestigt ist, und eine Ringdichtung 47, um das Lecken von Elektrodenwasser zu verhindern. Der Boden 5a der Hauptelektrode 5 ist flach, um auf stabile Weise die Elektrode 5 am Träger 3 zu lagern, obwohl eine gekrümmte Abfasung 5b am Umfang des Bodens 5a vorgesehen ist. Der Krümmungsradius der gekrümmten Abfasung 5b ist so klein, daß bei einem Anstieg der Temperatur des Elektrodenwassers auf 65ºC eine Blase an der gekrümmten Abfasung 5b und eine Bogenentladung an der Blase auftritt. Aus diesem Grunde beträgt die maximale elektrische Energie, die an die Elektroden 1 und 5 anlegbar ist, 650 kW. Durch die Bogenentladung schwankt die elektrische Ausgangsenergie über den Elektroden 1 und 5 höchstwahrscheinlich, so daß eine richtige Messung in einem Lasttest verhindert, die mechanische Kapazität reduziert und ein Ausbrennen verursacht wird.
Da das herkömmlich ausgebildete Elektrodenwasserumwalz- und -behandlungssystem X nur den Radiator 9, das Sprührohr 10, das Gebläse 11 und den Kanal 2 zum Kühlen des Elektrodenwassers W aufweist, ist die Kühlleistung des Systems x relativ gering. Wenn jedoch der Radiator 9 größer gemacht wird, um die Kühlleistung des Systems X zu erhöhen, nimmt er einen großen Raum ein und die Kosten der Ausrüstung sowie die Kosten zum Betreiben des Systems X werden erhöht. Aus diesem Grunde können die Leistungseigenschaften der Stromquelle mit Hilfe des Systems X mit einem hohen Strom und einer hohen Spannung nicht gemessen werden.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Elektrodenwasserumwälz- und -behandlungssystem für einen Wasserrheostaten, der eine Hauptelektrode aufweist, zu schaffen, dessen Form und Konstruktion derart sind, daß nur eine geringe Wahrscheinlichkeit für eine Bogenentladung an der Hauptelektrode besteht.
Erfindungsgemäß wird ein Elektrodenwasserzirkulations- und -behandlungssystem für einen Wasserrheostaten geschaffen, wobei das System einen Wasserrheostaten mit einer Hauptelektrodeneinheit, eine Elektrodenwasserzirkulationspumpe und einen Kühlradiator umfaßt, der in einer Elektrodenwasserkühl- und -zirkulationsleitung vorgesehen ist, die in Strömungsmittelverbindung mit dem Wasserrheostaten steht, um eine vorgegebene Menge an Elektrodenwasser dem Wasserrheostaten zuzuführen und von diesem abzuziehen, so daß die Temperatur und die Menge des Elektrodenwassers im Wasserrheostaten konstant gehalten wird, und einen Sicherheitsabschalter aufweist, der in einem Stromkabel für die Verbindung der Hauptelektrodeneinheit mit einer Stromquelle angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strömungsmesser, der an der Ausgangsseite der Pumpe in der Leitung vorgesehen ist, mit dem Sicherheitsabschalter verbunden ist, so daß bei einer Feststellung des Strömungsmessers, daß der Durchsatz des Elektrodenwassers durch die Pumpe geringer ist als ein vorgegebener Wert, der Sicherheitsabschalter die Stromversorgung zu der Hauptelektrodeneinheit abtrennt, und daß die Hauptelektrodeneinheit eine Hauptelektrode in Form eines hohlen zylindrischen Körpers, der einen halbkugelförmigen oberen Endabschnitt, durch den sich eine Einlaßöffnung für das Elektrodenwasser erstreckt, und einen unteren Endabschnitt hat, der Auslaßöffnungen für das Elektrodenwasser aufweist, die gleichwinklig entlang des Umfangs des Endabschnitts verteilt sind, einen elektrisch isolierenden Träger, der an seiner Spitze eine kreisförmige Ausnehmung hat, und einen Elektrodenverbindungsstab aufweist, der sich durch eine axiale Bohrung in dem Träger erstreckt und einen oberen Endabschnitt hat, der von dem oberen Ende der axialen Bohrung vorspringt und fest mit dem unteren Endabschnitt der Hauptelektrode verbunden ist, die in die Ausnehmung so eingeführt ist, daß eine Umfangslücke zwischen dem unteren Endabschnitt der Hauptelektrode und einer inneren Umfangsfläche an der Spitze des Trägers gebildet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm des Rohrleitungssystems und der Verdrahtung eines herkömmlich ausgebildeten Elektrodenwasserzirkulations- und -behandlungssystems für einen Wasserrheostaten;
Fig. 2 ein zur Erläuterung dienendes Diagramm, das die Beziehung zwischen der Entladung und den Elektrodenplatten zeigt;
Fig. 3 ein zur Erläuterung dienendes Diagramm, das die Idealform einer Hauptelektrode zeigt;
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine herkömmlich ausgebildete Hauptelektrode;
Fig. 5 ein Diagramm des Rohrsystems und der Verdrahtung eines Elektrodenwasserzirkulations- und -behandlungssystems für einen Wasserrheostaten gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 eine Seitenansicht eines Luft- und Wasserkühlradiators, der eine Haube aufweist und erfindungsgemäß eingesetzt wird;
Fig. 8 eine Draufsicht auf den Luft- und Wasserkühlradiator der Fig. 7; und
Fig. 9 einen Längsschnitt durch eine Hauptelektrode für einen Wasserrheostaten gemäß der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 5 zeigt ein Elektrodenwasserzirkulations- und -behandlungssystem Y für einen Wasserrheostaten A gemäß der vorliegenden Erfindung. Eine in Fig. 5 gezeigte Stromquelle 48 ist eine Dreiphasen-Stromquelle. Im System Y ist ein Strömungsmesser (Durchflußmesser) 49, bei dem es sich um einen Fließschalter handelt, der normalerweise bei einem Druck von 1 kg/cm² Verwendung findet, im Entwässerungsabschnitt 22b einer Elektodenwasserkühl- und -zirkulationsleitung 22 in der Nähe der Auslaßöffnung 21a einer Elektrodenwasserumwälzpumpe 21 vorgesehen. Ein Sicherheitsabschalter 50 ist in den Dreiphasen-Stromkabeln 4 vorgesehen. Wenn der Strömungsmesser 49 detektiert, daß die Menge des von der Auslaßöffnung 21a der Umwälzpumpe 21 abgegebenen Elektrodenwassers W einen vorgegebenen Wert unterschreitet, wird ein Befehlssignal S6 zum Abschalten des elektrischen Stromes erzeugt, um den Sicherheitsabschalter 50 schnell einzuschalten und die weitere Zufuhr von elektrischem Strom von der Stromquelle 48 zum Wasserrheostaten A zu stoppen. Drei Luft- und Wasserkühlradiatoren 51 mit Hauben sind in der Elektrodenwasserkühl- und -zirkulationsleitung 22 vorgesehen und in Reihe geschaltet, so daß die Kühlleistung des Systems Y für das Elektrodenwasser W erhöht wird. Bei 52 und 53 in Fig. 5 sind ein Stromschalter und ein Behandlungsabschnitt dargestellt, der Rohre und Geräte 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 23, 25, 26, 27, 28, 29, 30 und 35 enthält und an die Elektrodenwasserkühl- und -zirkulationsleitung 22 durch eine Spülrückführleitung 24 und eine Reinwasserfülleitung 20 angeschlossen ist. Der Sicherheitsabschalter 50 kann den in Fig. 1 gezeigten Sicherheitsabschalter 42 umfassen.
Bei jedem der Radiatoren 51 ist die Haube 55, die eine Dampfabgabeöffnung 55a im oberen Teil der Haube 55 und einen gekrümmten Boden 55b sowie eine Abdeckung 56 aufweist, die eine Luftansaugöffnung 56a im rückwärtigen Teil besitzt, einstückig mit der Vorderseite und Rückseite des Gehäuses 54 des Radiators 51 verbunden, so daß die Haube 55 und die Abdeckung 56 miteinander in Verbindung stehen, wie in Fig. 6 gezeigt. Eine Sprühdüseneinrichtung 10 und ein an ein Gebläse 11 angeschlossener Motor 31 sind in der Abdeckung 56 vorgesehen.
Die Fig. 7 und 8 zeigen einen alternativen Radiator 51'. Beim Radiator 51' ist eine Haube 57, die eine Dampfabgabeöffnung 57a im oberen Teil aufweist und Seiten besitzt, die jeweils als umgekehrtes rechtwinkliges Dreieck ausgebildet sind, am Boden schwenkbar mit dem Gehäuse 54 des Radiators 51' an den Böden der vorderen Abschnitte der rechten und linken Seite des Gehäuses 54 verbunden, so daß die Haube 57 frei schwingen kann. Wenn sich der Radiator 51' nicht im Betrieb befindet, wird die Haube 57 zurückgeschwenkt, so daß sie gefaltet ist, wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 7 gezeigt ist. Wenn der Radiator 51' in Betrieb genommen wird, wird die Haube 57 vorwärts verschwenkt, so daß ihr rechter und linker Seitenrand 57b mit Randanschlägen 54a in Eingrifftreten, die von der rechten und linken Seite des Gehäuses 54 des Radiators 51' vorstehen, wie durch die durchgezogenen Linien in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist. Eine Türplatte 59, mit der die Luftansaugöffnung 56a der Abdeckung 56 des Radiators 51' geschlossen werden kann, ist mit Hilfe eines Gelenks 60 am oberen Rand der Türplatte 59 mit dem Rand der Abdeckung 56 schwenkbar verbunden, so daß sich die Türplatte 59 nach unten erstreckt und zum Öffnen und Schließen der Öffnung 56a frei verschwenkt werden kann. Wenn sich der Radiator 51' nicht in Betrieb befindet, schließt die Türplatte 59 die Luftansaugöffnung 56a. Wenn der Radiator 51' in Betrieb genommen wird, öffnet die Türplatte 59 die Luftansaugöffnung 56a, wie durch die gestrichelten Linien in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist. Wenn der Radiator 51' nicht in Betrieb ist, wird er, wie vorstehend beschrieben, gefaltet, um einen kleineren Raum zu besetzen und um einen dichten Abschluß zu erreichen, damit Regenwasser oder Staub an einem Eindringen in den Radiator 51' gehindert wird, wenn das Wasserzirkulations- und -behandlungssystem y außerhalb oder an einem Fahrzeug installiert wird.
Wie in Fig. 9 gezeigt, umfaßt die Hauptelektrodeneinheit 61 des Wasserrheostaten A eine Hauptelektrode 62, die als hohlzylindrischer Körper ausgebildet ist, einen elektrisch isolierenden Träger 66 aus Keramik, Polypropylen o. ä., der gegenüber Bogenentladungen resistent ist, und einen Elektrodenverbindungsstab 69. Die Hauptelektrode 62 besitzt eine Elektrodenwassereinlaßöffnung 63 im oberen Teil des halbkugelförmigen oberen Endabschnitts 62a der Elektrode 62. Der Boden 62c der Hauptelektrode 62 ist mit einer gekrümmten Abfasung 62b am Umfang des Bodens 62c versehen. Eine Gewindebohrung 65 erstreckt sich durch die Mitte des Bodens 62c der Hauptelektrode 62. Elektrodenwasserauslaßöffnungen 64 sind in gleichen Abständen in der Hauptelektrode 62 in der Nähe ihres Bodens 62c entlang dem Gesamtumfang der Elektrode 62 vorgesehen. Eine Hülse 67 aus Keramik o. ä., die gegenüber Bogenentladungen resistent ist, ist in eine kreisförmige Ausnehmung 66a im oberen Abschnitt des Trägers 66 eingepaßt, so daß sie mit der inneren Umfangsfläche 66b des oberen Abschnittes des Trägers 66 in Kontakt steht. Der Träger 66 ist durch die Mitte des Bodens 1a der Basiselektrode 1 des Wasserrheostaten A eingepaßt. Der Elektrodenverbindungsstab 69 erstreckt sich durch ein Axialloch 68 im Träger 66. Der Gewindeabschnitt 69a des Stabes 69, der sich durch das obere Ende des Axiallochs 68 erstreckt, steht derart mit der Gewindebohrung 65 des Bodens 62c der Hauptelektrode 62, die in die kreisförmige Ausnehmung 66a im Träger 66 eingesetzt ist, in Eingriff, daß ein vorgegebener Umfangsspalt 1 zwischen der Hauptelektrode 62 und der inneren Umfangsfläche der Hülse 67 gebildet wird. Ein fester Block 45 ist durch Schrauben 46 am Boden 1a der Basiselektrode 1 befestigt.
Eine Ringdichtung 47 ist am Träger 66 befestigt, um ein Lecken des Elektrodenwassers W zu verhindern. Wenn die Hülse 67 in die kreisförmige Ausnehmung 66a im oberen Abschnitt des Trägers 66 eingepaßt wird, wird der obere Abschnitt erhitzt, um den Durchmesser seiner inneren Umfangsfläche 66b zu erhöhen und die Hülse 67 durch Preßpassung in der Ausnehmung 66a anzuordnen. Nach der Preßpassung wird der obere Abschnitt des Trägers 66 auf Raumtemperatur abgekühlt, um den Durchmesser seiner inneren Umfangsfläche 66b zu reduzieren. Die Hülse 67 wird auf diese Weise fest in die Ausnehmung 66a des Trägers 66 eingepaßt. Sie kann auch auf andere Weise fest in der Ausnehmung 66a angebracht werden.
Die Tiefe der Ausnehmung 66a ist derart, daß die Elektrodenwasserauslaßöffnungen. 64 in der Ausnehmung 66a angeordnet sind.
Der Boden 62c der Hauptelektrode 62 und das obere Ende des Elektrodenverbindungsstabes 69 können auch über andere Einrichtungen miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Einsetzen des Gewindeabschnittes 69a des Stabes in die Gewindebohrung 65 im Boden 62c und durch Anziehen einer Mutter auf dem Gewindeabschnitt 69a sowie durch Anschweißen des Bodens 62c an das obere Ende des Stabes 69.
Wenn der Durchsatz des Elektrodenwassers W in der Elektrodenwasserkühl- und -zirkulationsleitung 22 auf Null gefallen oder geringer als sein vorgegebener Wert geworden ist, da die Elektrodenwasserpumpe 21 gestoppt wurde oder deren Leistung während des Betriebes des Elektrodenwasserzirkulations- und -behandlungssystems Y abgefallen ist, detektiert der Strömungsmesser 49 sofort eine derartige Änderung im Durchsatz des Wassers W, um den Sicherheitsabschalter 50 einzuschalten und die Zufuhr an elektrischem Strom von der Stromquelle 48 sofort abzusperren und damit den Leistungsmeßtest zu stoppen, bevor die Temperatur des Elektrodenwassers W in der Basiselektrode 1 des Wasserrheostaten A soweit ansteigt, daß das Wasser W siedet und da Bogenentladungen auftreten können.
Da die Vielzahl der Hauben 55 aufweisenden Radiatoren 51 in der Elektrodenwasserkühl- und -zirkulationsleitung 22 angeordnet ist, ist die Elektrodenwasserkühlleistung des Systems Y hoch genug, so daß das System Y auf angemessene Weise zur Durchführung des Ausgangsleistungsmeßtests der Stromquelle 48 bei einem hohen Strom und einer hohen Spannung arbeiten kann.
Wenn der Verbrauch an elektrischer Energie durch den Wasserrheostaten A um 14,8 kW/ºC für jedes ºC der Differenz zwischen der Temperatur des Elektrodenwassers W im Rheostat A und der der Außenluft ansteigt, betragen die maximal zulässigen Wassertemperaturen für ein herkömmliches Elektrodenwasserzirkulations- und -behandlungssystem X und das System Y dieser Ausführungsform 65ºC und 75ºC. Wenn die Temperatur der Außenluft beispielsweise 25ºC beträgt, wird die Grenze der Elektrodenwasserkühlleistung eines jeden Systems X, Y wie folgt berechnet:
Herkömmliches System: 65ºC-25ºC = 40ºC
40ºC·14,8 kW/ºC = 592 kW
Neues System Y: 75ºC-25ºC = 50ºC
50ºC·14,8 kW/ºC = 740 kW
Vergleich der Systeme: 740 kW - 592 kW = 148 kW
Daher ist die Elektrodenwasserkühlleistung des Systems Y um 148 kW höher als die des herkömmlichen Systems X. Mit anderen Worten, die zulässige Wärmemenge, die vom an die Stromquelle 48 angeschlossenen Wasserrheostaten A erzeugt wird, ist für das System Y größer als für das herkömmliche System X.
Wie vorstehend erläutert, ist der Strömungsmesser 49 unmittelbar abstromseitig der Elektrodenwasserzirkulationspumpe 21 angeordnet, um Sicherheitsmaßnahmen vorzusehen, damit das Elektrodenwasser W im Wasserrheostat A nicht siedet und durch einen Zwischenfall, beispielsweise einen Fehler in der Pumpe 21, ein Abfallen der Pumpenleistung und ein Verstopfen der Elektrodenwasserkühl- und -zirkulationsleitung 22, nicht überfließt, so daß eine Bogenentladung im Rheostat A auftreten kann. Die Vielzahl der die Hauben 55 aufweisenden Radiatoren 51 ist in der Leitung 22 in Reihe geschaltet, um die Elektrodenkühlleistung des Elektrodenwasserzirkulations- und -behandlungssystems y groß genug zu machen, damit das System Y für den Ausgangsleistungsmeßtest der Stromquelle 48 bei einem großen Strom und einer hohen Spannung geeignet ist.
Das Elektrodenwasser W, das durch das Zirkulations- und -behandlungssystem Y während der Zirkulation des Wassers W auf eine vorgegebene Temperatur und eine vorgegebene elektrische Leitfähigkeit gebracht worden ist, trifft auf die Oberseite der Hauptelektrode 62 der Hauptelektrodeneinheit 61 des Wasserrheostaten A, wie durch die Pfeile in Fig. 9 gezeigt, so daß ein Teil des Wassers durch die Elektrodenwassereinlaßöffnung 63 in der Mitte der Oberseite in die Hauptelektrode 62 eindringt, an der Innenfläche der Elektrode 62 herunterströmt und die Elektrode 62 verläßt und in den Umfangsspalt 1 durch die Elektrodenwasseraustrittsöffnungen 64 in der Nähe des Bodens 62c der Elektrode 62 fließt, wie durch die Pfeile in Fig. 9 gezeigt. Die gekrümmte Abfasung 62b des Bodens 62c der Hauptelektrode 62 ist in der kreisförmigen Ausnehmung 66a im elektrisch isolierenden Träger 66 angeordnet, so daß die gekrümmte Abfasung 62b, an der die Bogenentladung aller Wahrscheinlichkeit nach stattfindet, nicht der Basiselektrode 1 ausgesetzt ist. Das durch die Elektrodenwasseraustrittsöffnungen 64 und den Umfangsspalt 1 fließende Elektrodenwasser W kühlt in konstanter Weise den Boden 62c, um die Erzeugung einer Blase durch die örtliche Erhitzung des Bodens 62c zu verhindern und ein elektrisches Durchschlagen zu vermeiden, das zu einer Bogenentladung führt. Selbst wenn eine solche Bogenentladung auftreten sollte, fängt der elektrisch isolierende Träger 66 nicht an zu brennen, da er durch die Hülse 67, die gegenüber einer Bogenentladung resistent ist, geschützt ist.
Somit werden die Innenfläche und Außenfläche der Hauptelektrode 62 durch das durch das Elektrodenzirkulations- und Kühlsystem Y konstant umgewälzte und gekühlte fließende Elektrodenwasser W gekühlt, so daß die Temperatur der Elektrode 62 örtlich nicht ansteigt. Darüber hinaus ist der Boden der Hauptelektrode 62, an dem eine solche Bogenentladung am wahrscheinlichsten auftritt, tief in der kreisförmigen Ausnehmung 66a angeordnet, in die die Hülse 67 eingepaßt ist, und wird durch das Elektrodenwasser W in konstanter Weise gekühlt, so daß die Bogenentladungstemperatur für das System Y 75ºC beträgt, was um 10ºC höher ist als der Wert von 65ºC für das herkömmliche System x. Folglich ist die maximal zulässige elektrische Leistung für das System Y höher als für das herkömmliche System X. Aus diesem Grund ist der Meßbereich für die Ausgangseigenschaften der Stromquelle mit Hilfe des Systems Y größer als der mit Hilfe des herkömmlichen Systems X, obwohl die Systeme X, Y die gleiche Größe besitzen. Mit anderen Worten, die Leistung des Systems Y ist größer als die des herkömmlichen Systems X.

Claims

1. Elektrodenwasserzirkulations- und -behandlungssystem für einen Wasserrheostaten, wobei das System einen Wasserrheostaten (A) mit einer Hauptelektrodeneinheit (61), einer Elektrodenwasserzirkulationspumpe (21) und einem Kühler (9), der in einer Elektrodenwasserkühl- und -zirkulationsleitung (22) angeordnet ist, welche in Strömungsmittelverbindung mit dem Wasserrheostaten (A) für die Zuführung und Abführung einer vorgeschriebenen Menge des Elektrodenwassers (w) von dem Wasserrheostaten (A) steht, so daß die Temperatur und die Menge des Elektrodenwassers (w) in dem Wasserrheostaten (A) konstant gehalten wird, und einen Sicherheitsabschalter (42) aufweist, der an einem Stromkabel (4) für die Verbindung der Hauptelektrodeneinheit (61) mit einer Stromversorgung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strömungsmesser (49), der an der Ausgangsseite der Pumpe (21) in der Leitung (22) vorgesehen ist, mit dem Sicherheitsabschalter (42) verbunden ist, so daß bei einer Feststellung des Strömungsmessers (49), daß die Strömungsrate des Elektrodenwassers (w) durch die Pumpe (21) geringer als ein vorgeschriebener Wert ist, der Sicherheitsabschalter (42) die Stromversorgung zu der Hauptelektrodeneinheit (61) abtrennt, und daß die Hauptelektrodeneinheit (61) eine Hauptelektrode (62) in Form eines hohlen zylindrischen Körpers, der einen halbkugelförmigen oberen Endabschnitt (62a), durch den sich eine Einlaßöffnung (63) für das Elektrodenwasser erstreckt, und einen unteren Endabschnitt (62c) hat, der Auslaßöffnungen (64) für das Elektrodenwasser aufweist, die gleichwinklig entlang des Umfangs des Endabschnitts verteilt sind, einen elektrisch isolierenden Träger (66), der an seiner Spitze eine kreisförmige Ausnehmung (66a) hat, und einen Elektrodenverbindungsstab (69) aufweist, der sich durch eine axiale Bohrung (68) in dem Trager (66) erstreckt und einen oberen Endabschnitt (69a) hat, der von dem oberen Ende der axialen Bohrung (68) vorspringt und der fest mit dem unteren Endabschnitt (62c) der Hauptelektrode (62) verbunden ist, die in die Ausnehmung (66a) so eingeführt ist, daß eine Umfangslücke zwischen dem unteren Endabschnitt (62c) der Hauptelektrode (62) und einer inneren Umfangsfläche (66b) an der Spitze des Trägers (66) gebildet ist.

2. Elektrodenwasserzirkulations- und -behandlungssystem nach Anspruch 1, wobei mehrere Luft- und Wasserkühler (9) in der Elektrodenwasserkühl- und -zirkulationsleitung (22) vorgesehen sind.

3. Elektrodenwasserzirkulations- und -behandlungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Auslaßöffnungen (64) für Elektrodenwasser der Hauptelektrode (62) in der kreisförmigen Ausnehmung (66a) an der Spitze des elektrisch isolierenden Trägers (66) angeordnet sind.

4. Elektrodenwasserzirkulations- und -behandlungssystem nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei eine gegen eine Bogenentladung resistente Hülse (67) in die kreisförmige Ausnehmung (66a) an der Spitze des elektrisch isolierenden Trägers (66) eingesetzt ist, so daß die Hülse (67) in Kontakt mit der inneren Umfangswand der Ausnehmung (66a) ist.

5. Elektrodenwasserzirkulations- und -behandlungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der elektrisch isolierende Träger (66) aus Keramik hergestellt ist.

6. Elektrodenwasserzirkulations- und -behandlungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Hauptelektrode (62) in der Mitte des unteren Endabschnitts (62c) der Elektrode (62) eine Gewindebohrung (65) aufweist, und der obere Endabschnitt (69a) des Elektrodenverbindungsstabes (69) ein Gewinde aufweist, um mit der Bohrung (65) in Eingriff zu treten.

7. Wasserrheostat (A) mit einer Hauptelektrodeneinheit (61), durch die eine vorgeschriebene Menge an Elektrodenwasser mittels einer Elektrodenwasserkühl- und -zirkulationsleitung (22) zirkuliert, welche eine Elektrodenwasserzirkulationspumpe (21) und einen Kühler (9) aufweist, so daß die Temperatur und die Menge des Elektrodenwassers (w) in dem Wasserrheostaten (A) konstant gehalten werden, und mit einem Stromkabel (4), das die Hauptelektrodeneinheit (61) mit einer Stromversorgung verbindet und einen Sicherheitsabschalter (42) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptelektrodeneinheit (61) eine Hauptelektrode (62) in Form eines hohlen zylindrischen Körpers, der einen halbkugelförmigen oberen Endabschnitt (62a), durch den sich eine Einlaßöffnung (63) für das Elektrodenwasser erstreckt, und einen unteren Endabschnitt (62c) hat, der Auslaßöffnungen (64) für das Elektrodenwasser aufweist, die gleichwinklig entlang des Umfangs des Endabschnitts verteilt sind, und einen Elektrodenverbindungsstab (69) aufweist, der sich durch eine axiale Bohrung (68) in dem Träger (66) erstreckt und einen oberen Endabschnitt (69a) hat, der von dem oberen Ende der axialen Bohrung (68) vorspringt und der fest mit dem unteren Endabschnitt (62c) der Hauptelektrode (62) verbunden ist, die in die Ausnehmung (66a) so eingeführt ist, daß eine Umfangslücke zwischen dem unteren Endabschnitt (62c) der Hauptelektrode (62) und einer inneren Umfangsfläche (66b) an der Spitze des Trägers (66) gebildet ist.

8. Wasserrheostat nach Anspruch 7, wobei die Auslaßöffnungen (64) für das Elektrodenwasser der Hauptelektrode (62) in der kreisförmigen Ausnehmung (66a) an der Spitze des elektrisch isolierenden Trägers (66) angeordnet sind.

9. Wasserrheostat nach Anspruch 7 oder 8, wobei eine gegen eine Bogenentladung resistente Hülse (67) in die kreisförmige Ausnehmung (66a) an der Spitze des elektrisch isolierenden Trägers (66) eingesetzt ist, so daß die Hülse (67) in Kontakt mit der inneren Umfangswand der Ausnehmung (66a) ist.

10. Wasserrheostat nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9, wobei die Hauptelektrode (62) in der Mitte des unteren Endabschnitts (62c) der Elektrode (62) eine Gewindebohrung (65) aufweist, und der obere Endabschnitt (69a) des Elektrodenverbindungsstabes (69) ein Gewinde aufweist, um mit der Bohrung (65) in Eingriff zu treten.