DE821778C

DE821778C - Procedure to prevent liquids from freezing

Info

Publication number: DE821778C
Application number: DEP54273A
Authority: DE
Inventors: Alois Schmidtbaur
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1949-09-08
Filing date: 1949-09-08
Publication date: 1951-11-19

Description

Verfahren zum Verhüten des Einfrierens von Flüssigkeiten 1:s sind verschiedene Verfahren und Einrichtungen bekannt, um Trinkwasserbehälter, Schiffströge, Löschwasserbehälter, Überlaufgefäße und sonstige Flüssigkeitsbehälter gegen Einfrieren zu schützen. Je nach Art der Behälter und der örtlichen Verhältnisse hat man entweder die Behälter in Räumen aufgestellt, deren Temperatur durch Heizung oder reichliche Wärmespeicherung nicht unter den Gefrierpunkt sinkt, oder man hat das Einfrieren durch lebhaften Wasserumsatz, durch Propeller, Pumpen u. dgl. zu verhindern versucht. Als weitere bekannte Frostschutzarten kamen bisher eine Beheizung am Boden oder Mantel des Behälters durch Heizschlangen oder -rohre in Betracht, die mit warmem Wasser, Dampf, 0l oder elektrisch beheizt wurden: Ferner sind auch schon Tauchsieder für diesen Zweck angewendet worden. Alle diese Mittel beanspruchen, wie unten näher dargelegt ist, erheblich mehr Energie als für den Frostschutz theoretisch notwendig ist.Procedures for preventing liquids from freezing are 1: s various methods and devices known to produce drinking water tanks, ship troughs, Extinguishing water tanks, overflow vessels and other liquid containers against freezing to protect. Depending on the type of container and the local conditions, you have either the containers placed in rooms whose temperature is due to heating or ample Heat storage doesn't go below freezing or one has freezing Attempted to prevent it by lively water turnover, by propellers, pumps and the like. So far, other known types of frost protection have been heating on the floor or Jacket of the tank by heating coils or pipes into consideration, those with warm Water, steam, oil or electrically heated: there are also immersion heaters has been applied for this purpose. Claim all of these resources as detailed below is shown, considerably more energy than is theoretically necessary for frost protection is.

Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß immer dann, wenn die Temperatur größter Dichte einer Flüssigkeit einen gewissen Betrag über dem Gefrierpunkt liegt, innerhalb des Temperaturbereichs vom Gefrierpunkt bis zur Temperatur größter Dichte die wärmeren Flüssigkeitsschichten sich unten und die kälteren Schichten oben befinden, weil in diesem Bereich die kälteren Schichten leichter sind als die wärmeren. Aus diesem Grunde ist der Flüssigkeitsspiegel am meisten frostgefährdet. Gemäß der Erfindung wird deshalb die Wärme nur der Oberflächenschicht der Flüssigkeit zugeführt. Dabei braucht lediglich so viel Wärme zugeführt zu werden, daß die Oberflächenschicht gerade nicht einfriert, d. h., daß die Oberflächentemperatur der Flüssigkeit einen ganz geringen Betrag über dem Gefrierpunkt bleibt. Die darunter befindliche Flüssigkeit hat dann, weil sie schwerer ist, eine noch höhere Temperatur und ist daher ebenfalls gegen Einfrieren geschützt.The invention is based on the knowledge that whenever the Temperature of greatest density of a liquid a certain amount above freezing point is within the temperature range from freezing point to temperature greatest Thicken the warmer layers of liquid below and the colder layers are at the top, because in this area the colder layers are lighter than the warmer. For this reason, the liquid level is most at risk of frost. According to the invention, therefore, the heat becomes only the surface layer of the liquid fed. It only needs so much heat to be supplied that the surface layer just not freezing, d. that is, that the surface temperature of the liquid has a very small amount remains above freezing point. The liquid underneath then, because it is heavier, has an even higher temperature and is therefore also protected against freezing.

Bei den bekannten Verfahren und Einrichtungen zum Frostschutz wird die Wärme, wie schon erwähnt, unten oder an den Wänden zugeführt. Abgesehen von den Verlusten der Zuleitungen und der Energiequelle muß daher die Flüssigkeit mindestens über die Temperatur größter Dichte erwärmt werden, um überhaupt einen Auftrieb hervorzurufen, der mindestens eine über dem Gefrierpunkt liegende Temperatur garantiert. Bei Wasser z. B., das bei 4' C seine größte Dichte aufweist, wird also eine Erwärmung der unteren Schichten auf mindestens über 4° C erforderlich, damit ein Auftrieb zustande kommt und der Wasserspiegel auf über o° C erwärmt werden kann. Dagegen ist bei der neuen Oberflächenerwärmung nur so viel Wärme nötig, daß die oberste Flüssigkeitsschicht gerade nicht einfriert. Die unteren, schwereren Schichten sind dann immer etwas wärmer als die oberen; ihre Temperatur braucht aber nicht, wie bei den bekannten Frostschutzarten, über der Temperatur größter Dichte zu liegen. Aus diesem Grunde und auch deshalb, weil der Wärmeaustausch nach außen rascher erfolgt und somit der Wärmeverlust um so größer ist, je höher das Temperaturgefälle ist, benötigen die bekannten Frostschutzarten einen erheblich größeren Energieaufwand als beim neuen Frostschutzverfahren. Bei der bekannten Mantelheizung kommt noch hinzu, daß sie sich mit Rücksicht auf die Schwankungen des Flüssigkeitsspiegels über die ganze Höhe des Behälters erstrecken muß und daß sie außerdem durch ihre Lage der Wärmeabwanderung nach außen besonders stark ausgesetzt ist.In the known methods and devices for frost protection the warmth, as already mentioned, fed below or on the walls. Apart from the losses in the supply lines and the energy source must therefore Liquid can be heated at least above the temperature of greatest density at all create a lift that is at least one above freezing point Temperature guaranteed. For water z. B., which has its greatest density at 4 ° C, it is therefore necessary to heat the lower layers to at least 4 ° C, so that there is buoyancy and the water level is warmed to over 0 ° C can. On the other hand, with the new surface heating, only so much heat is necessary that the top layer of liquid just doesn't freeze. The lower, heavier ones Layers are then always a little warmer than the top; but their temperature needs not, as with the known types of frost protection, above the temperature of greatest density to lie. For this reason and also because the heat exchange to the outside occurs more quickly and thus the higher the temperature gradient, the greater the heat loss is, the known types of frost protection require a significantly greater amount of energy than with the new frost protection method. With the well-known jacket heating still comes added that they take into account the fluctuations in the liquid level must extend over the entire height of the container and that they also through their Location is particularly exposed to the outward migration of heat.

Die Frostschutzeinrichtung nach der Erfindung ist sehr einfach und besteht lediglich aus einer auf der Oberfläche des Flüssigkeitsspiegels schwimmenden Heizvorrichtung. Sie macht daher die Bewegungen des Wasserspiegels mit und behält so selbsttätig die günstigste Lage zu der gegen Einfrieren zu schützenden Flüssigkeitsfüllung. Wird der schwimmende Heizkörper gemäß der weiteren Erfindung noch mit einem in die Flüssigkeit eintauchenden Wärmeregler kombiniert, der die Wärmezufuhr selbsttätig so regelt, daß die dem Flüssigkeitsspiegel benachbarte Wasserschicht eine Temperatur innehält, die wenig über dem Gefrierpunkt liegt, beispielsweise bei Wasser zwischen o und i° C, so ist bei jedem Füllungsgrad ein Frostschutz mit geringstem Energieaufwand gewährleistet.The frost protection device according to the invention is very simple and consists only of one floating on the surface of the liquid level Heater. It therefore follows the movements of the water level and retains it automatically the most favorable position for the liquid filling to be protected against freezing. If the floating radiator according to the further invention is still with one in the Combined liquid immersed heat regulator that automatically supplies heat regulates so that the water layer adjacent to the liquid level has a temperature which is a little above freezing point, for example with water between o and i ° C, there is a frost protection with the lowest energy consumption for every filling level guaranteed.

Dem schwimmenden Heizkörper kann die zuzuführende Wärme in Form von Dampf, von heißem öl, von Warmwasser usw. zugeführt werden. Besonders einfach wird die Anordnung, wenn die Wärmeenergie in Form elektrischer Energie zugeführt wird.The heat to be supplied to the floating radiator can be in the form of Steam, hot oil, hot water, etc. can be supplied. It is particularly easy the arrangement when the thermal energy is supplied in the form of electrical energy.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt.An exemplary embodiment is shown in the drawing.

Fig. i zeigt eine elektrische Frostschutzeinrichtung in einem flüssigkeitsgefüllten Behälter, teilweise im Schnitt; Fig. 2 ist eine Ansicht des schwimmenden Heizkörpers von unten. In der Zeichnung ist i ein Wasserbehälter mit dem Wasserspiegel 2. 3 ist ein Schwimmkörper, beispielsweise in Form eines einfachen Holzbrettes o. dgl., an dessen Unterseite der Heizkörper 4 befestigt ist. Dieser Heizkörper besteht vorteilhaft aus einem zu einer flachen Spirale gebogenen Heiz-' rohr @@Fig. 2), das in an sich bekannter Weise eine Heizwicklung enthält. Die Zuleitung zu dieser Heizspirale erfolgt vorteilhaft über eine feuchtigkeitsdichte Steckverbindung 5 und ein biegsames Kabel 6, das nach Art eines Pendelzuges über Rollen 7 und 8 mit Zuggewicht 9 unter leichter Spannung gehalten wird. Durch diese oder eine sonstige geeignete Ausbildung des elektrischen Anschlusses kann erreicht werden, daß der schwimmende Heizkörper 3, 4 den Bewegungen des Wasserspiegels folgt. Der Schwimmer 3 kann noch einen nicht dargestellten in das Wasser eintauchenden Wärmeschalter tragen, über welchen der elektrische Heizkörper 4 angeschlossen ist und welcher diesen bei Erreichung des Gefrierpunktes einschaltet und wieder ausschaltet, wenn eine Rufheizung der Oberflächenschicht des Wassers auf etwa i oder 2° C erreicht ist.Fig. I shows an electrical frost protection device in a liquid-filled Container, partly in section; Fig. 2 is a view of the floating heater from underneath. In the drawing, i is a water tank with the water level 2. 3 is a floating body, for example in the form of a simple wooden board or the like, on the underside of which the radiator 4 is attached. This radiator is advantageous from a heating tube bent into a flat spiral @@ Fig. 2) that in itself known way contains a heating coil. The supply line to this heating coil takes place advantageously via a moisture-proof plug connection 5 and a flexible cable 6, which is like a shuttle train on rollers 7 and 8 with pulling weight 9 under lighter Tension is maintained. Through this or any other suitable training of the electrical connection can be achieved that the floating radiator 3, 4 follows the movements of the water level. Swimmer 3 can't do one yet shown in the water immersed heat switch, over which the electric heater 4 is connected and which this when reaching the Freezing point switches on and off again when a call heating of the surface layer of the water has reached about 1 or 2 ° C.

Claims

PATENT CLAIM: i. Method of preventing liquids from freezing in containers with a freezing point below the highest temperature, in particular of water, by means of artificial heat supply, characterized in that the heat is supplied to the surface layer of the liquid.

2. Procedure according to Claim i, characterized in that the surface layer only has so much heat is supplied that their temperature is constantly a small amount above freezing point remain.

3. Device for performing the method according to claim i, characterized characterized in that it is preferably in a floating on the liquid carried by one or more swimmers and immersed in the liquid submerged heater.

4. Device according to claim 3, characterized by an electrical heating device carried by one or more floats, preferably in the form of a heating tube bent into a flat spiral.

5. Device according to claim 4, characterized in that the heating device with is equipped with a thermal switch immersed in the liquid.

6. Establishment according to claim 5, characterized in that the heat switch is set in this way is that he turns on the heater when reaching freezing point and this switches off again when the temperature is 1 or 2 ° C above the bar.