DE936942C

DE936942C - Electric heater for liquids

Info

Publication number: DE936942C
Application number: DES35491A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl-Ing Christ; Hans-Otto Fieguth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1953-09-29
Filing date: 1953-09-29
Publication date: 1955-12-22

Description

Elektrisches Wärmegerät für Flüssigkeiten Der Gegenstand der Erfindung ist ein elektrisches Wärmegerät für Flüssigkeiten, insbesondere für elektrisch leitende Flüssigkeiten, bei dem der Heizkörper in dem zu erwärmenden Gut angeordnet ist.Electrical heating device for liquids The object of the invention is an electrical heating device for liquids, especially for electrically conductive ones Liquids in which the heating element is arranged in the material to be heated.

Das neue Wärmegerät unterscheidet sich von dem bekannten dadurch, daß zur Erzeugung der Wärme hochgespannter Strom niederer Frequenz vorgesehen ist und hierfür die von diesem hochgespannten Strom durchflossenen elektrischen Heizleiter in einem gesonderten, mit elektrisch isolierendem Medium verhältnismäßig hoher Wärmeleitfähigkeit gefüllten Behälter angeordnet sind.The new warming device differs from the familiar one in that that high-tension current of low frequency is provided to generate the heat and for this purpose the electrical heating conductors through which this high-voltage current flows in a separate, electrically insulating medium with a relatively high thermal conductivity filled container are arranged.

Es sind bereits sogenannte Rohr- oder Flanschheizkörper zur Erwärmung von Flüssigkeiten, z. B. in Wasserboilern, bekannt, deren Isolation aber nur für den Anschluß an Niederspannung ausgelegt ist. Es verbietet sich aus diesem Grunde die Verwendung solcher Heizkörper für die Erwärmung von elektrisch leitenden Flüssigkeiten mit hochgespanntem Strom. Eine Vergrößerung der Isolation zum Anschluß der Heizkörper an Hochspannung ist jedoch wegen des damit bedingten schlechterenWärmeübergangs (geringererWirkungsgrad) unwirtschaftlich. Es ist ferner bekannt, zur Erwärmung von Wasser Elektroden zu verwenden, die mit hochgespanntem Strom von 5o Hz betrieben werden. Für Ströme niederer Frequenz besteht jedoch bei Erwärmung von Wasser durch Elektroden die Gefahr der Knallgasbildung. Bei Anwendung des Erfindungsgedankens ist es dagegen möglich, beispielsweise Heizleiter in Gestalt blanker, vorzugsweise selbsttragender Metallbänder oder -stäbe zu verwenden. Dabei werden die blanken Leiter in einem mit isolierendem Medium gefüllten Behälter so angeordnet, daß die Abstände der Leiter voneinander und gegen die Behälterwand dem Isolationswiderstand des Mediums und der angelegten Spannung entsprechen.There are already so-called tubular or flange heaters for heating of liquids, e.g. B. in water boilers, known, but their isolation only for the connection to low voltage is designed. For this reason it is forbidden the use of such radiators for heating electrically conductive liquids with high voltage electricity. An increase in the insulation for connecting the radiators at high voltage, however, is due to the poorer heat transfer associated with it (lower efficiency) uneconomical. It is also known for heating of water to use electrodes that are operated with a high voltage current of 50 Hz will. For currents of lower frequency, however, there is through when water is heated Electrodes the risk of oxyhydrogen formation. When applying the idea of the invention it is, however, possible, for example, heating conductors in the form of bare, preferably to use self-supporting metal strips or rods. The bare Head arranged in a container filled with insulating medium so that the The distances between the conductors and the insulation resistance against the container wall of the medium and the applied voltage.

Einige Ausführungsbeispiele des neuen Wärmegerätes werden anHand derZeichnung nachfolgend erläutert. Es zeigt Fig. i einen Kesselheizkörper mit natürlichem Umlauf des isolierenden Mediums, Fig. 2 einen Kesselheizkörper mit Zwangsumlauf und Fig. 3 eine Draufsicht auf den Gegenstand nach Fig. 2, Fig. 4 einen Rohrheizkörper mit Zwangsumlauf. Zur Erwärmung einer in Pfeilrichtung durch ein Gefäß i strömenden Flüssigkeit ist in das Gefäß i ein allseitig geschlossener Behälter 2, in Form eines Kessels, flüssigkeitsdicht eingelassen. Der Behälter 2 ist mit einer Isolierflüssigkeit 3, beispielsweise Isolieröl, vollgefüllt und enthält Heizleiter 4 in Gestalt selbsttragender blanker Metallbänder, deren Stromzuführungsleitungen 6 durch die Behälterwand 5 in einer der Betriebsspannung entsprechenden Isolation geführt sind. Der Behälter 2 wird vorteilhaft nach strömungstechnischen Gesichtspunkten ausgebildet und gegebenenfalls zur Vergrößerung der Oberfläche mit Kühlrippen 8 versehen (tropfenförmiger Querschnitt), so daß. durch die Vermeidung von Strömungsschatten ein besonders guter Wärmeübergang von der Behälteroberfläche zur Flüssigkeit hin erfolgt. Weiterhin ist es aus denselben Gründen zweckmäßig, den Behälter 2 an der Stelle größter Strömungsgeschwindigkeit im Gefäß i anzuordnen.Some embodiments of the new heating device are made with reference to the drawing explained below. It shows Fig. I a boiler heater with natural circulation of the insulating medium, Fig. 2 a boiler heater with forced circulation and Fig. 3 shows a plan view of the object according to FIG. 2, and FIG. 4 shows a tubular heating element Forced circulation. For heating a flowing through a vessel i in the direction of the arrow Liquid is in the vessel i a container 2, which is closed on all sides, in the form of a Kettle, let in liquid-tight. The container 2 is filled with an insulating liquid 3, for example insulating oil, completely filled and contains heating conductors 4 in the form of self-supporting bare metal strips, their power supply lines 6 through the container wall 5 are guided in an insulation corresponding to the operating voltage. The container 2 is advantageously designed according to fluidic aspects and, if necessary provided with cooling fins 8 to enlarge the surface (teardrop-shaped cross-section), so that. a particularly good heat transfer due to the avoidance of flow shadows takes place from the container surface to the liquid. Furthermore, it is from the same Reasonable, the container 2 at the point of greatest flow velocity to be arranged in vessel i.

Zur Vergrößerung der Wärmeabgabe durch natürlichen Umlauf des Isoliermediums innerhalb des Behälters 2 werden die Heizkörper 4 vorteilhaft zwischen Leitflächen 7'angeordnet. Diese Leitflächen 7, beispielsweise ein die Heizkörper umgebender Zylindermantel, ergeben eine Verbesserung der natürlichen Umlaufbewegung des isolierenden Mediums und damit eine Verbesserung der Wärmeabgabe.To increase the heat dissipation through the natural circulation of the insulating medium inside the container 2, the heating elements 4 are advantageously between guide surfaces 7 'arranged. These guide surfaces 7, for example one surrounding the radiator Cylinder jacket, result in an improvement in the natural orbital movement of the insulating Medium and thus an improvement in the heat output.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des neuen Gerätes ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Hier sind in ein flüssigkeitsdurchströmtes Rohr i i drei Kessel 12 senkrecht zur Flußrichtung eingelassen, von denen jeder an zwei gegenüberliegenden Stellen des Rohres mit der Rohrinnenwand wasserdicht abschließt. Der Querschnitt des Kessels 12 kann wiederum tropfenförmig ausgebildet sein und enthält die Heizleiter 13 (Flanschheizkörper). Der Umlauf des isolierenden Mediums erfolgt zwangsweise, indem ein außerhalb des Rohres i i angeordneter Vorratsbehälter 14 über eine Pumpe 15 mit dem Kessel 12 in Umlaufverbindung steht. Innerhalb des Rohres i i können (in Strömungsrichtung gesehen) die Kessel 12 hintereinander seitlich versetzt angeordnet werden, um eine möglichst gleichmäßige Erwärmung - der durchströmenden Flüssigkeit unter Vermeidung- von Wirbelungen zu erreichen.Another embodiment of the new device is shown in Figs. 2 and 3 shown. There are three boilers in a pipe i i through which liquid flows 12 embedded perpendicular to the direction of flow, each of which on two opposite sides Place the pipe with the pipe inner wall is watertight. The cross section of the boiler 12 can in turn have a teardrop shape and contains the heating conductors 13 (flange heater). The circulation of the insulating medium is forced, by a storage container 14 arranged outside the tube i i via a pump 15 is in circulation connection with the boiler 12. Inside the tube i i can (seen in the direction of flow) the boiler 12 arranged laterally offset one behind the other in order to heat the fluid flowing through as evenly as possible to achieve by avoiding eddies.

Durch die Verwendung von blanken, selbsttragenden Metallbändern größeren Querschnitts als Heizleiter eignen sich diese Arten des neuen Gerätes besonders für große Heizströme.Larger ones thanks to the use of bare, self-supporting metal strips These types of the new device are particularly suitable as heat conductors for large heating currents.

Bei kleinen Strömen kann das Gerät nach der Erfindung'auch mit Rohrheizkörpern der bekannten Art versehen werden. Hierbei übernimmt die Isolation, z. B. Keramik, nur dieAufgabe der Isolation gegen das metallische Gehäuse bzw. den Kessel und einer mechanischen Stütze der verhältnismäßig dünnen Leiter, während die eigentliche Isolation gegen die leitende Flüssigkeit von dem umgebenden Öl od. dgl. übernommen wird.In the case of small currents, the device according to the invention can also use tubular heating elements of the known type are provided. Here, the isolation, z. B. ceramics, only the task of insulation against the metallic housing or the boiler and one mechanical support of the relatively thin conductor, while the actual insulation against the conductive liquid od the surrounding oil. Like. Is taken over.

Zu diesem Zweck kann eine Anordnung gemäß Fig. 4 gewählt werden. Hierbei ist ein Heizkörper 21 (Rohrheizkörper) im Inneren eines mit isolierendem Medium gefüllten Rohres 22 angeordnet und der so gebildete Heizkörper flüssigkeitsdicht in ein die zu erwärmende Flüssigkeit enthaltendes Gefäß 23 eingebracht. Der Heizkörper kann dabei je nach der Form des Gefäßes 23 spiralförmig, schlangenlinienförmig od. dgl. ausgebildet sein. Zur . besseren Wärmeabgabe steht auch hier (wie beim vorerwähnten Ausführungsbeispiel) ein außerhalb des Flüssigkeitsgefäßes angeordneter Vorratsbehälter 25 über eine Flüssigkeitspumpe 26 mit dem Rohr 22 in Umlaufverbindung. Die Isolation 27 des Hüllrohres 22 gegenüber dem Gefäß 23 ist wiederum nach der Betriebsspannung zu bemessen.For this purpose, an arrangement according to FIG. 4 can be selected. Here is a heating element 21 (tubular heating element) inside one with an insulating medium Filled tube 22 is arranged and the radiator formed in this way is liquid-tight placed in a vessel 23 containing the liquid to be heated. The radiator can depending on the shape of the vessel 23 spirally, serpentine or od. Like. Be trained. To the . Better heat emission is also available here (as with the aforementioned Embodiment) a storage container arranged outside the liquid container 25 in circulation connection with the pipe 22 via a liquid pump 26. The isolation 27 of the cladding tube 22 opposite the vessel 23 is again after the operating voltage to measure.

Das neue Wärmegerät kann mit besonderem Vorteil zur Verdampfung oder - Aufheizung von Wasser verwendet werden, in dem die bei der Drehzahlregelung von Hochspannungsdrehstrommotoren mit Schleifringläufern, beispielsweise zum Antrieb von Speisewasserpumpen u. dgl., in den Läuferwiderständen anfallende elektrische Energie in Wärme umgeformt und dem Wasserkreislauf oder einem Wasserbehälter zugeführt wird. Zu diesem Zweck werden an Stelle normaler Läuferwiderstände die Heizkörper gemäß der Erfindung in den Läuferkreis eingeschaltet und räumlich im Wasserkreislauf oder in Behältern angeordnet. Mit der anfallenden Energie kann z. B. eine Kraftwerksheizung, Warmwasseranlage oder auch eine Zusatzwasserheizung für Dampfkraftanlagen betrieben werden. Zur Umschaltung der Widerstandstufen kann bei erforderlicher feinstufiger Regelung ein Lastschalter mit dreiphasiger Umschaltung der Anzapfungen, wie er beispielsweise aus dem Transformatorenbau bekannt ist, verwendet werden. Wegen der unmittelbaren Heranziehung des hochgespannten niederfrequenten Säuferstromes zur Flüssigkeitserwärmung ist bei Anwendung des Gegenstandes der Erfindung ein besonders wirtschaftliches, betriebssicheres und mit relativ geringem Aufwand zu erzielendes Aufheizungsverfahren gegeben.The new heating device can be used with particular advantage for evaporation or - Heating of water can be used in which the speed control of High-voltage three-phase motors with slip ring rotors, for example for driving from feed water pumps and the like, electrical power generated in the rotor resistors Energy converted into heat and fed into the water cycle or a water tank will. For this purpose, the radiators are used instead of normal rotor resistances according to the invention switched into the rotor circuit and spatially in the water circuit or arranged in containers. With the resulting energy z. B. a power plant heating system, Hot water system or an additional water heater for steam power plants operated will. To switch the resistance levels, if necessary, more finely graded Regulation of a load switch with three-phase switching of the taps, such as that for example is known from transformer construction. Because of the immediate Use of the high-tension, low-frequency drowning current to heat the liquid is when applying the subject matter of the invention a particularly economical, Reliable heating process that can be achieved with relatively little effort given.

Wenn auch das neue Wärmegerät besonders vorteilhaft zur Erwärmung von flüssigen Mitteln vorgesehen ist, so ist es jedoch möglich, ebensogut gasförmige oder feste Körper mit Hilfe des neuen Wärmegerätes zu erwärmen.Even if the new warming device is particularly beneficial for warming up of liquid funds is provided, however, it is possible just as well to heat gaseous or solid bodies with the help of the new heating device.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Electric heating device for liquids, in particular for those with electrical conductivity, where the radiator is in the area to be heated Are well arranged, characterized in that high tension to generate the heat Current is provided and that for this purpose the high-voltage current flowed through it electrical heating conductor in a separate, electrically insulating medium relatively high thermal conductivity filled container are arranged.

2. Electrical heating device according to claim i, characterized in that for the heating conductors Tubular heating element in normal design, d. H. for low voltage, are used and that the tubular heating element in a second tube containing the insulating medium are housed.

3. Electrical heating device according to claim 2, characterized in that that to achieve a cycle of the insulating medium with the second tube is connected to a storage container arranged outside the liquid vessel. q ..

Electrical heating device according to Claim i, characterized in that the heating conductors in a separate boiler, closed on all sides - the one with the insulating one Medium is filled and optionally with an outside of the liquid container lying storage container is in circulation connection - are arranged.

5. Electrical Heating device according to claim 4, characterized in that the heating conductors are bare, self-supporting metal strips or rods are carried out and for this purpose one Have cross-section of high mechanical strength.

6. Electrical heating device according to claim q. and 5, characterized in that for heating flowing liquids the boiler has a shape designed according to fluidic point of view.

7. Electrical heating device according to claim 6, characterized in that the or the radiators (tubular or boiler radiators) in the liquid at the point largest Flow velocity are arranged. B. Electrical heating device according to claim q., 5 or 6, characterized in that to increase the rotational speed A pump is provided in the circulatory system for forced circulation of the insulating medium is. G. Electrical heating device according to claim,., 5 or 6, characterized in that that to improve the natural circulation of the insulating medium baffles are arranged within the housing. ok Use the radiator after a of the preceding claims as rotor resistors for high-voltage three-phase motors with slip ring rotors, i i. Device according to claim i o, characterized in that that a three-phase load switch in the rotor circuit for fine-level resistance control is provided.