DE727341C - Elektrisch mittels Glimmentladung beheizter Fluessigkeitserhitzer - Google Patents

Elektrisch mittels Glimmentladung beheizter Fluessigkeitserhitzer

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DE727341C
DE727341C DEB184974D DEB0184974D DE727341C DE 727341 C DE727341 C DE 727341C DE B184974 D DEB184974 D DE B184974D DE B0184974 D DEB0184974 D DE B0184974D DE 727341 C DE727341 C DE 727341C
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Germany
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electrically heated
heated liquid
liquid heater
heater according
coil
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DEB184974D
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Bernhard Berghaus
Wilhelm Burkhardt
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32018Glow discharge
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B7/00Heating by electric discharge
    • H05B7/16Heating by glow discharge

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Discharge Heating (AREA)

Description

  • Elektrisch mittels Glimmentladung beheizter Flüssigkeitserhitzer Es ist bereits ein elektrisch heizbares doppelwandiges Vakuumgefäß nach Art der Dewarschen Gefäße aus Glas bekanntgeworden, welches gekennzeichnet ist durch eine unmittelbar auf die Außenwandung des Innengefäßes .aufgebrachte leitende Belegung, die als Elektrode für eine Gasentladung, insbesondere als Kathode für eine Glimmentladung, dient.
  • Es ist ferner ein elektrischer Ofen zum Erhitzen in ihn einzubringender Gegenstände bekanntgewö-rden, bei dem zur Erhitzung die Wärmeentwicklung des negativen Glimmlichtes vorzugsweise in einer verdünnten Gasatmosphäre benutzt wird. Technische Durchflußerhitzer hat man dagegen noch nicht mittels Glimmentladung beheizt, weil sich der Durchbildung erhebliche Schwierigkeiten in den Weg stellen. Durch die Erfindung sind diese Schwierigkeiten behoben worden.
  • Zu dem Zweck ist ein elektrisch mittels Glimmentladung beheizter Durchflußerhitzer gemäß der Erfindung in der Weise ausgebildet, daß ein von der zu erhitzenden Flüssigkeit durchflossenes Rohrsystem in einem- Vakuumbehälter angeordnet ist und dauernd oder zeitweise als Anode einer Gasentladung zur Erhitzung geschaltet ist, während als Kathode entweder die Gefäßwandung oder eine oder mehrere besondere Kathoden dienen und daß gegen den Angriff der Entladung geschützte Isolierungen für die Stromdurchführungen vorgesehen sind. Vorteilhaft sind dabei der Isolation der Stromzuführung nicht ionisierbare Gasstrecken vbrgeschaltet. Die Einführungsstelle und die Ausführungsstelle der Rohrschlange sowie die besonderen Stromdurchführungen für die Kathode sind gegen den Angriff der Gasentladung durch Ringspalte abgeschirmt, deren Spaltbreite geringer ist als der Abstand des Glimmsaumes von der Anode. Die Ein- und Ausführungsstelle der Rohrschlange sowie die besonderen Kathodenstromzuleitungen an ihrer Durchführungsstelle sind vorteilhaft mit Kühlvorrichtungen versehen. Zwischen Rohrwandung und Kühlvorrichtung ist ferner eine Wärmeisolation geschaltet. Bei Speisung der Entladungsstrecke mittels Gleichspannung ist der positive Pol der Rohrschlange und der negative Pol mit dem Vakuumgefäß oder .einer gesondert abgeschirmt und isoliert eingeführten Kathode verbunden. 'Bei Anlegen einer Wechselspannung an die Entladungsstrecke ist der eine Pol der Sekundärwicklung des Transformators mit der Rohrschlange und der andere Pol mit einer oder mehreren gesondert abgeschirmt und isoliert eingeführten Kathoden verbunden. Die Glimmentladung wird bei 40 bis o,ooi, vorzugsweise aber bei 5 bis o,ooi mm Hg vorgenommen.
  • Das durchflossene Rohrsystem ist also zur Erhitzung zeitweise oder dauernd als Anode oder neutral im Unterdruck einer Gasentladung, vorteilhaft einer Glimmentladung, ausgesetzt. Die Kathode der Gasentladung bildet dabei vorteilhaft das Vakuumgefäß, in welches das Rohrsystem eingesetzt ist. Zum Durchlauf der Flüssigkeit dient vorzugsweise eine Rohrspirale, die von der zu erhitzenden Flüssigkeit durchflossen wird und die als Anode oder neutral geschaltet ist. Der Anfang und das Ende der Rohrspirale sind abgeschirmt und isoliert in das Vakuumgefäß eingeführt. Der Isolation der Rohrspirale wird vorteilhaft eine nicht ionisierbar.e Gasstrecke vorgeschaltet. Bei der Durchflußerhitzung können eine oder beide Durchführungen der Rohrspirale mit einem Kühlmantel versehen werden. Zwischen der Rohrwandung und der Kühlvorrichtung kann dabei vorteilhaft eine Wärmeisolation eingeschaltet werden. Durch ein Thermoelement kann die Temperatur der Flüssigkeit über Regelmittel, z. B. durch Verändern oder zeitweises Unterbrechen der Entladungsspannung eingestellt und konstant gehalten werden. In der Vorrichtung können beliebige flüssige oder gasförmige Medien erhitzt werden, z. B. Wasser, öl, Luft o. dgl. Die Temperatur des durchflossenen Systems kann beliebig eingestellt werden. Bei Erhitzen von Flüssigkeiten z. B. kann die Temperatur bis zum Siedepunkt oder darüber, bei der von Gasen z. B. bis zu iooo° und mehr, je nach dem Material der Rohrspirale eingestellt werden.
  • Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erzielt: Die elektrische Energie einer Gasentladung setzt sich bei dem normalen Kathodenfall fast völlig an der Kathode in Wärme um. Es wurde nun gefunden, je höher die Belastung der Gasentladung gewählt wird, tun so weniger von der zugeführten elektrischen Leistung wird am Kathodenmaterial in Wärme umgesetzt. So ergibt sich bereits bei einer Belastung von über 2 bis 3 Watt an Eisen als Kathodenmaterial etwa 5ooö, an Aluminium als Kathodemnaterial sogar nur noch etwa 3oo'o, die in Wärme direkt an der Kathode umgesetzt werden. Bei noch höheren Belastungen pro Quadratzentimeter ergeben sich noch ungünstigere Werte. Die übrige Energie setzt sich im Gasraum hinter dem Glimmsaume der Kathode in Wärme um. Diese elektrische Energie wird nun direkt an der Rohrspirale, die z. B. innerhalb des Vakuumgefäßes angeordnet ist, frei. Die Rohrspirale dient somit als Heizelement; hierdurch wird eine günstige Wärmeübertragung vom Heizelement auf das zu erhitzende Medium erzielt. Der Wirkungsgrad ist sehr hoch. Die Anheizzeit gegenüber anderen Heizungsarten ist eine denkbar kurze, also eine hohe Wirtschaftlichkeit, besonders bei diskontinuierlichem Betrieb. Die Rohrspirale ist gegen Verzunderung oder sonstigen chemischen Angriff geschützt, so daß auch bei längerem Betrieb der Wirkungsgrad erhalten bleibt. Besonders hervorzuheben ist der Fortfall besonderer Heizelemente und die damit verbundenen geringen Instandhaltungs- und Reparaturkosten.
  • Die so beheizte Rohrschlange bietet gegenüber anderen Heizungsarten den Vorteil, daß das Rohrmaterial durch den Einfluß der Luft oder der Heizgase keinem Verschleiß durch Verzunderung oder sonstigem chemischem Angriff ausgesetzt ist, wodurch ein Durchbrennen der Rohrschlange vermieden wird. Ablagerungen durch Ruß u. dgl. oder schlechter Wärmeschluß bei elektrischer Beheizung und somit ungleichmäßige Erhitzung sind unmöglich.
  • In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar zeigt die Abb. i einen Schnitt durch einen elektrisch beheizten Durchflußerhitzer mit Glimmstrombeheizung im Vakuum, die Abb.2 einen Teil einer Rohrdurchführung in das Gefäß, die Abb.3 ein Schaltungsschema für Gleichstrombeheizung und die Abb. q ein Schaltungsschema für Wechselstrombeheizung.
  • In der Abb. i, die einen Durchflußerhitzer mit Glimmstromheizung im Vakuum darstellt, ist i die Heizschlange mit dem angeschlossenen Zuleitungsrohr 2 und Ableitungsrohr 3 sowie dem eine positive Spannung führenden Stromkabel q. Die Rohrschlange i, die also an dieser Stelle die Anode bildet, befindet sich in dem Vakuumgefäß 5, das durch einen Deckel 6 mit Dichtung 7 vakuumdicht mittels der Schrauben 8 verschließbar ist. Durch die Vakuumpumpe g kann das Vakuumgefäß über das Ventil io auf den gewünschten Druck, der für die Glimmstromheizung erforderlich ist und der etwa zwischen 5 bis o,oi mm liegt, ausgepumpt werden.
  • Die Elektrode i i kann die Anode sein, wenn die Rohrschlange neutral der Gasentladung zur Erhitzung ausgesetzt wird; sie wird von der Stromdurchführung 12 getragen, die hohl iuld kühlbar ausgebildet ist und der durch die Leitung 13 ein Kühlmittel zugeführt und durch die Leitung 14 abgeleitet werden kann. Durch das Kabel 15 wird die positive Spannung zugeführt. Die Stromdurchführung ist durch die Metallhülse 16 abgeschirmt, die die Stromzuführung in so geringem Abstande umgibt, daß keine Glimmentladung in dem Zwischenraum stattfindet. 17 ist ein Isolierring, und 18 und i 9 sind zwei Dichtungsringe, während 20 ein Anpreßring gleichfalls aus Isoliermaterial ist. Dem Vakuumgefäß wird durch das Kabel 21 die negative Spannung zugeführt. Ferner ist das Vakuumgefäß ,außen mit einem Mäntel umgeben, der ein Kühlmittel oder ein WärmeisoIiermaterial 22, z. B. Kieselgur, enthält.
  • Die Heizschlange i ist in dem Deckel 6 des Vakuumgefäßes mittels der beiden isolierten Durchführungen 23 und 24 eingeführt. 25 und 26 sind zwei metallene Abschirmhüllen, die in so geringem Abstande von der Rohrschlange angeordnet sind, daß sich in dem Zwischenraum keine Glimmentladung ausbildet. 27 und 28 sind zwei Isolierringe, 29 und 30 sind zwei Dichtungsringe, und 31 und 32 sind zwei weitere Isolierringe, die durch die Schraubringe 33 und 34 angepreßt werden.
  • Als Spannung für die zum Heizen dienende Glimmentladung können je nach der gewünschten Temperatur und den Unterdrucken, bei welchen die Entladung vor sich geht, bis zu io ooo Volt oder mehr angelegt werden. Im praktischen Betriebe haben sich Spannungen von 4.0o bis 4ooo Volt als ausreichend erwiesen. Die Belastung der Kesseloberfläche kann zwischen o,i und ioo Watt pro Quadratzentimeter betragen. Im praktischen Betriebe wurden Leistungen bis zu 15 Watt pro Quadratzentimeter angelegt. Dabei wurden Temperaturen von über iooo° C eingestellt. Als Material für die Rohrschlange eignen sich grundsätzlich alle Metalle. Zum Erhitzen von Flüssigkeiten wie oben genügen z. B. Aluminiumrohre.
  • An der Abb. 2, die eine Durchführung des Schlangenrohres i durch den Deckel 6 in vergrößertem Maßstabe zeigt, ist das Schlangenrohr mit einem Isoliermantel 35 umgeben, um den ein Kühlmantel 36 greift, der durch die metallene Abschirmhülse 37 abgeschirmt wird. Die Kappe 38, die mittels der Sehraube 39 auf den erforderlichen Abstand einstellbar ist, dient .als Schutzkappe gegen das Eindringen von Ladungsträgern, Staub oder Metallteilchen in dem Zwischenrohr von Rohr und Abschirmung.
  • In der Abb.3, die ein Schaltungsschema für Gleichstromheizung darstellt, ist 40 eine Gleichstromquelle, deren positiver Pol über einen Schalter ¢1 mit der Heizschlange i in Verbindung steht. Der negative Pol der Gleichstromquelle ist über einen Widerstand 42 und einen Schalter 43 mit dem Vakuumgefäß 5 in Verbindung. Der positive Pol kann auch über den Schalter 44 mit der Elektrode i i verbunden werden, wenn man die Rohrschlange neutral schalten will.
  • In der Abb. q., die ein Schaltungsschema für Wechselstromheizung darstellt, ist die Sekundärspule q.5 des Wechselstromtransformators q.6 ,einerseits über .einen Schalter q.7 mit dem Vakuumgefäß 5 und anderseits über einen regelbaren Widerstand 48 mit der Elektrode 49 in Verbindung.
  • Es ist bereits ein elektrisch heizbares, doppelwandiges Vakuumgefäß nach Art der Dewarschen Gefäße aus Glas bekanntgeworden, welches eine unmittelbar auf \ die Außenwandung des Innengefäßes aufgebrachte leitende Belegung besitzt, die als Elektrode für eine Gasentladung, insbesondere für eine Glimmentladung dient, während als Anode eine zweite Belegung .auf der isolierenden Glaswandung angeordnet ist. Eine derartige elektrisch heizbare Thermosflasche, die sich praktisch nicht eingeführt hat, weil die Heizung leicht zum Zerspringen des Glasgefäßes führt, ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
  • Die Erfindung bezieht sich viehhehr auf einen technischen, metallischen Durchflußerhitzer, der keine Glaswandung besitzt und bei dessen Erstellung erhebliche technische Schwierigkeiten z. B. in bezug auf die Isolation, Dichtung und Ausdehnung zu überwinden waren, ,alles Probleme, die bei einer Thermosflasche aus isolierendem Glas überhaupt nicht auftreten.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrisch mittels Glimmentladung beheizter Flüssigkeitserhitzer, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der zu erhitzenden Flüssigkeit durchflossenes Rohrsystem in .einem Vakuumbehälter angeordnet ist und dauernd oder zeitweise als Anode einer Gasentladung zur Erhitzung geschaltet ist, " während als Kathode entweder die Gefäßwandung oder eine oder mehrere besondere Kathoden dienen, und daß gegen den Angriff der Entladung geschützte Isolierungen für die Stromdurchführungen vorgesehen sind. z. Elektrisch beheizter Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolation der Stromzuführung nicht ionisierb.are Gasstrecken vorgeschaltet sind. 3. Elektrisch beheizter Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch i und a, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführungsstelle und die Ausführungsstelle der Rohrschlange sowie die besonderen Stromdurchführungen für die Kathode gegen den Angriff der Gasentladung durch Ringspalte abgeschirmt sind, deren Spaltbreite geringer ist als der Abstand des Glimmsaumes von der Anode. q.. Elektrisch beheizter Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Ausführungsstelle der Rohrschlange sowie die besonderen Kathodenstromzuleitungen an ihrer Durchführungsstelle mit Kühlvorrichtungen versehen sind. 5. Elektrisch beheizter Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Rohrwandung und Kühlvorrichtung eine Wärmeisolation geschaltet ist. 6. Elektrisch beheizter Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Speisung der Entladungsstrecke mittels Gleichspannung der positive Pol mit der Rohrschlange und der negative Pol mit dem Vakuumgefäß oder einer gesondert abgeschirmt und isoliert eingeführten Kathode verbunden ist. 7. Elektrisch beheizter Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anlegen einer Wechselspannung an die Entladungsstrecke der eine Pol der Sekundärwicklung des Transformators mit der Rohrschlange und der andere Pol mit einer oder mehreren gesondert abgeschirmt und isoliert eingeführten Kathoden verbunden ist. B. Elektrisch beheizter Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Glimmentladung bei 4.o bis o,ooi, vorzugsweise aber bei 5 bis o,ooi mm Hg vorgenommen wird.
DEB184974D 1938-10-22 1938-10-22 Elektrisch mittels Glimmentladung beheizter Fluessigkeitserhitzer Expired DE727341C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2942046A (en) * 1958-07-21 1960-06-21 Gen Electric Electrode cooling means for electric arc furnace

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US2942046A (en) * 1958-07-21 1960-06-21 Gen Electric Electrode cooling means for electric arc furnace

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