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Induktiv beheizter Durchflußerhitzer In Anlagen zur Durchführung fortlaufender
chemischer Verfahren bei verschiedenartigen Betriebsdrücken werden vielfach Strömungsrohre
sowohl zum Vorwärmen und Überhitzen von Flüssigkeiten, Gasen und Dämpfen wie auch
zur Durchführung von Reaktionen selbst bei erhöhten Temperaturen angewandt. Solche
Strömungsrohre werden vorteilhaft durch induktive Beheizung erwärmt.
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Die induktive Beheizung der Strömungsrohre bietet jedoch trotz der
bekannten Vorzüge dieser Beheizungsart mitunter erhebliche Schwierigkeiten, insbesondere
bei höheren Temperaturen. Man wickelt die Strömungsrohre meist zu drei parallel
geschalteten Rohrschlangen, weil zur Beheizung meist Drehstrom zur Verfügung steht,
für den drei gesonderte Primärspulen erforderlich sind. Die Rohrschlangen werden
dabei als kurzgeschlossene Sekundärkreise eines Transformators ausgebildet, wobei
die drei Säulen des Transformators meist in einem gleichseitigen Dreieck angeordnet
sind. Diese Formgebung ist jedoch häufig wegen ihres großen Raumbedarfes ungünstig.
Außerdem ist, da die Kerne der Transformatorwicklungen aus dünnen Blechen bestehen,
bei dieser Art der Zusammensetzung die Ausbildung des Blechpaketes umständlich und
erfordert einen unnötigen Eisenaufwand.
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Eine andere Schwierigkeit bei der induktiven Beheizung von Strömungsrohren
lag darin, daß die bisher verwendeten Primärspulen nicht hitzebeständig hergestellt
werden konnten; infolgedessen war die Induktionsheizung nur für verhältnismäßig
niedrige Temperaturen brauchbar. Zuweilen mußten sogar die Primärspulen gegen den
Wärmeübertritt von den heißen Rohrschlangen her durch besondere Isolierungen geschützt
oder sogar gekühlt werden, womit die
bekannten Nachteile einer schlechten
Kopplung verbunden waren. Dazu kam noch, daß auch zwangsläufig der Leitungsquerschnitt
der Primärspulen nur schwach belastet werden konnte oder daß die Leitungsquer-.
schnitte unverhältnismäßig groß bemessen werden mußten, wodurch sich ein unwirtschaftlicher
Aufwand an Kupfer als Leitungsmetall ergab.
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Gemäß der Erfindung werden induktiv beheizte Durchflußerhitzer für
Drehstrom in der Weise gebaut, daß drei kurzgeschlossene Rohrschlangen hintereinandergeschaltet
sind, wobei eine der Rohrschlangen und die zugehörige Primärspule in entgegengesetztem
Sinne wie die beiden anderen gewickelt sind. Die Primärspulen werden zweckmäßig
dabei in eine hitzebeständige Masse eingebettet.
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Derartige Massen können beispielsweise unter Verwendung von Wasserglaskitten
hergestellt werden, die Quarzglasmehl als Füllstoff und Silikofluoride als Erhärtungsmittel
enthalten. Da die Massen eine Erhitzung auch auf höhere Temperaturen ohne weiteres
aushalten, kann der Querschnitt der Primärwicklung stark belastet werden.
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Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn man die drei Rohrschlangen mit
den Primärspulen mit ihren Achsen hintereinander anordnet, vorzugsweise in einer
Ebene, gegebenenfalls aber auch auf einer zylindrischen Fläche, wobei die Achsen
der Spulen vorzugsweise parallel, zueinander sind. Die Enden der Rohrschlangen
werden derart untereinander verschweißt, daß dadurch ein Kurzschluß zwischen den
Rohrschlangen herbeigeführt wird.
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Durch die dadurch erzwungene Führung des Kraftlinienflusses nimmt
trotz geringer Kraftliniendichte (etwa 5ooo Kraftlinien je Quadratzentimeter) von
den drei Rohrschlangen die eine, deren Wicklung anders als die der beiden anderen
ist, um etwa 30 °/o mehr Stromwärme auf als die beiden anderen. Diese Erscheinung
ist an sich unerwünscht; sie läßt sich dadurch verhindern, daß man die primäre Windungszahl
dieses Schenkels erhöht (etwa um 8 °/o). Da es aber nicht erwünscht ist, in ein
und derselben Vorrichtung Spulen verschiedener Windungszahlen zu verwenden, ordnet
man zweckmäßig einen vierten und fünften umbewickelten Schenkel von etwa dem halben
Eisenquerschnitt der bewickelten Säulen symmetrisch beiderseits dieser drei Säulen
an, wodurch eine praktische Symmetrie der drei Phasenströme erreicht wird.
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Die Isolierung der Bleche gegeneinander in den Säulen bietet infolge
der geringen Kraftlinienflüsse keine Schwierigkeiten und hat auch bei Temperaturen
von 5oo° bei längerer Betriebsdauer nicht versagt. Zur Isolierung verwendet man
in üblicher Weise entweder Papier, Kunstharze oder Lacke u. dgl. oder noch besser
Oxydschichten auf den Blechen selbst.
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In der Zeichnung ist die Vorrichtung schematisch erläutert. Abb. i
zeigt einen ,schematisch im Aufriß, Abb.2 im Schnitt, während Abb.3 die `'Wicklungsart
der drei Rohrschlangen darstellt. Die Wärmeisolierung und der äußere Mantel, die
aus Kieselgur, Diatomitsteinen o. d-1. bestehen können, sind dabei nicht gezeichnet.
Von dem fünfschenkligen Blechkern tragen nur die Säulen 1, 2, 3 die Primärspulen
6, 7, 8, die mit gleichen Windungszahlen ausgeführt sind. Der vierte und fünfte
Schenkel.. und 5 sind unbewickelt und haben etwa den halben effektiven Eisenquerschnitt
der bewickelten Säulen, sofern nicht im Einzelfall aus Festigkeitsgründen ein stärkerer
Querschnitt verwendet werden muß. Für das Blechpaket kann wegen der geringen Sättigung
schwach legiertes Blech genommen werden. Über die drei mit den Primärspulen versehenen
Säulen wird das in Abb.3 dargestellte kurzgeschlossene Schlangensystem mit den Rohrschlangen
9, io und i i geschoben und in geeigneter Weise isoliert am Rahmen befestigt.
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In Abb. 3 sind die Schweißstellen 12 und 13 stark ausgezeichnet; durch
die Schweißnaht läßt sich die sicherste Kurzschlußverbindung herstellen. Der zu
erhitzende Stoff durchströmt die drei Schlangen des Rohrsystems nacheinander; dadurch
kann eine stets gleiche Strömungsgeschwindigkeit erzwungen werden, was bei Parallelschaltung
der Schlangen, wie sie bei der eingangs beschriebenen Ausführungsform üblich ist,
nur durch besondere Vorkehrungen erreicht werden kann. Die einzelnen Bleche des
Joches 1.. sind in an sich aus dem Transformatorenbau bekannter Weise mit den Blechen
der Säulen, auf denen die Spulen und die Rohrschlangen sitzen, ineinandergeschichtet,
d. h. das Blechpaket im Joch 14 besteht aus einem Blech des Joches abwechselnd mit
einem Blech der Säule. Das Joch 15 ist stumpf aufgesetzt und durch Druckverschraubungen
16 aufgepreßt, weil sonst bei Auswechselung der Spulen oder der Heizschlangen der
Transformator auseinandergeschichtet werden müßte. Die ganze Vorrichtung kann, wie
in den Abbildungen gezeigt, senkrecht oder auch waagerecht mit dem aufgesetzten
Joch 15 nach oben aufgestellt werden.
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Die beschriebene Anordnung gestattet zunächst gegenüber den bekannten
Ausführungen eine bessere Unterbringung im Raum, da die Vorrichtung sowohl senkrecht
wie waagerecht aufgestellt werden kann; vor
allem bei senkrechter
Aufstellung ist der Platzbedarf sehr gering. Die Verwendung hitzebeständiger Spulen
ermöglicht eine gute Kopplung zwischen Primär- und Sekundärkreis und damit einen
besseren Leistungsfaktor. Die strömungsmäßige Hintereinanderschaltung der drei Rohrschlangen
ermöglicht übersichtliche und genau einzuhaltende Strömungsgeschwindigkeiten und
gleichzeitig eine gleichmäßige Erwärmung der Rohrschlangen und vermeidet mit Sicherheit
eine örtliche überhitzung.