EP0888702B1 - Fluid-heizeinrichtung - Google Patents

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EP0888702B1
EP0888702B1 EP97900958A EP97900958A EP0888702B1 EP 0888702 B1 EP0888702 B1 EP 0888702B1 EP 97900958 A EP97900958 A EP 97900958A EP 97900958 A EP97900958 A EP 97900958A EP 0888702 B1 EP0888702 B1 EP 0888702B1
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EP
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heating equipment
fluid
heating
radiator
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EP97900958A
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Joachim Pokorny
Andreas STEINRÜCKE
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Steag Microtech GmbH
Original Assignee
Steag Microtech GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/10—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium
    • F24H1/12—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium
    • F24H1/14—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium by tubes, e.g. bent in serpentine form
    • F24H1/142—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium by tubes, e.g. bent in serpentine form using electric energy supply
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/0033—Heating devices using lamps
    • H05B3/0038—Heating devices using lamps for industrial applications
    • H05B3/0052—Heating devices using lamps for industrial applications for fluid treatments

Definitions

  • the present invention relates to a fluid heating device with a tube through which a fluid flows, concentric around one surrounded by a quartz jacket Spotlight is arranged.
  • Heaters of this type are from the publications US 5 371 830 A, EP 0 570 586 A, US 5 054 108 A, US 5 054 107 A and Patent Abstracts of Japan, Vol. 010, No. 304 (M-526) or JP 61 116246 A known.
  • JP 01 200 143 A is a water heater known with electric heaters, where the water inside a container electrically heated elements is passed.
  • the object of the present invention is a Fluid heater to create that inexpensive is to be produced and with which a fluid is as inert as possible and can be heated up in a controlled manner.
  • the object of the invention is mentioned in one Fluid heater solved in that a Temperature sensor on the one opposite the radiator The outer circumference of the fluid tube is provided.
  • one flowing through a heating wire Heating current switched off when the by the first temperature sensor measured temperature a predetermined temperature value reached.
  • the one from the first temperature sensor The delivered value for the temperature also indicates whether Gas flows through the fluid pipe, because in this case the Heating heat through the fluid medium to the outer circumference of the Fluid pipe is transported.
  • the temperature value determined by the second temperature sensor used to control the heating power.
  • the quartz jacket stores only a small amount of residual heat where by immediately after switching off the fluid heating device the fluid is no longer heated.
  • the quartz jacket is a quartz tube that shaped the spotlight contains an electric heating element.
  • the quartz tube Heating wire Preferably contains at least a portion of the quartz tube Heating wire. If there are several sections of the quartz tube Heating element is included by interconnection of the several heating elements achieves a greater heating output.
  • the radiator is advantageously an infrared radiator and the fluid tube is made of stainless steel, a ceramic tube or one lined with ceramics or a ceramic tube Steel tube. This makes a large part of that Radiators emitted thermal energy on the inner circumference of the Fluid tube reflected back into the fluid tube.
  • Fig. 1 is a first embodiment of an inventive Fluid heating device 1 shown schematically.
  • the fluid heating device 1 has a fluid tube 2 through which a gas (not shown) flows, whereby the direction of flow represented by the arrows in Fig. 1 is.
  • a quartz tube 3 is concentric in the fluid tube 2 arranged, which has a heating wire 4.
  • Of the Heating wire 4 has two lead wires 5, 6 through Passages in the quartz tube 3 and the fluid tube 2 behind are led outside.
  • the heating wire 4 With energy supplies and emits in particular IR heating power that the gas flowing in the direction of the arrow in the flow process warmed up.
  • a first temperature sensor 7 senses the temperature the outside of the quartz jacket 3 to overtemperature to switch off the heating device.
  • a second Temperature sensor 8 senses the temperature of the gas analogously downstream of the fluid heating device 1. The value the temperature measured by the second temperature sensor 8 can be used to control the heating wire 4 via the Lead wires 5, 6 applied electrical power used to keep the temperature of the gas constant hold.
  • the fluid heating device 1 has a fluid tube 2 made of polished stainless steel, in which a gas (not shown), such as N 2 gas, flows. The direction of flow is indicated by the arrows.
  • the gas enters the tube 2 through an inlet 9 arranged transversely to the fluid tube 2 and exits through an outlet 10 likewise offset transversely to the fluid tube 2 and the inlet 9.
  • a quartz jacket is arranged axially symmetrically, which is designed as a quartz tube 3, which extends beyond the inlet 9 and the outlet 10.
  • a heating wire (not shown) is arranged over the schematically indicated length L in a section 11 of the quartz jacket 3, to whose supply wires 5, 6 an electrical voltage is applied in order to heat the heating wire.
  • the lead wires 5, 6 are guided in the quartz tube 3 and are led out of the fluid tube 2 at the quartz tube ends.
  • the points at which the quartz tube 3 emerges from the fluid tube 2 are provided with sealing devices 12, 13 on the inlet side and the outlet side, respectively, which are preferably designed as sealing rings.
  • the first temperature sensor 7 senses the temperature on the outer circumference of the fluid tube 2.
  • a second temperature sensor 8 senses the gas temperature downstream of the heated section 11 of the quartz tube 3 on the outer circumference of a tube that conducts the fluid.
  • the invention was based on two preferred exemplary embodiments described, instead of a gas also a liquid through the heating device according to the invention can be heated.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluid-Heizeinrichtung mit einem von einem Fluid durchströmten Rohr, das konzentrisch um einen von einem Quarzmantel umgebenen Strahler angeordnet ist.
Heizeinrichtungen dieser Art sind aus den Druckschriften US 5 371 830 A, EP 0 570 586 A, US 5 054 108 A, US 5 054 107 A sowie Patent Abstracts of Japan, Vol. 010, No. 304(M-526) bzw. JP 61 116246 A bekannt.
Aus der DE 44 20 493 A1 oder der US 3 906 188 A ist eine Fluid-Heizeinrichtung bekannt, bei der das Heizelement als elektrische Widerstandsbänder auf dem Außenumfang des Fluidrohrs bzw. als Halogenlampe außerhalb des Fluidrohres angebracht ist. Durch die indirekte Heizung des Fluids über die Rohrwandung ist ein schnelles Ein- und Ausschalten der Heizeinrichtung ohne Verzögerung der Aufheizung und des Abschaltens der Aufheizung des Fluids nicht möglich. Diese bekannten Vorrichtungen weisen ein schlechtes Ansprechverhalten auf. Es dauert relativ lange bis das zu erhitzende Fluid nach dem Anschalten der Heizeinrichtung erwärmt wird und nach dem Ausschalten der Heizvorrichtung wird die Erhitzung des Fluids nicht sofort abgestellt.
Aus den Druckschriften DE-GM 19 06 191, DE 89 13 683 U1, DE 38 41 448 C1 und DE-AS 12 69 748 sind Heizelemente und Wärmestrahler bekannt, die jedoch nicht zur Aufheizung von in einem Rohr strömenden Fluids vorgesehen sind.
Aus Patent Abstracts of Japan, Vol. 013, No. 500 (M-891), 10. November 1989 bzw. JP 01 200 143 A ist ein Wasser-Durchlauferhitzer mit elektrischen Heizeinrichtungen bekannt, bei dem das Wasser innerhalb eines Behälters an elektrisch aufgeheizten Elementen vorbeigeführt wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Fluid-Heizeinrichtung zu schaffen, die kostengünstig herzustellen ist und mit der ein Fluid möglichst trägheitsfrei und kontrolliert aufheizbar ist.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird bei einer eingangs genannten Fluid-Heizeinrichtung dadurch gelöst, daß ein Temperaturfühler an dem, dem Strahler gegenüber liegenden Außenumfang des Fluidrohrs vorgesehen ist.
Vorzugsweise wird ein durch einen Heizdraht fließender Heizstrom abgeschaltet, wenn die von dem ersten Temperaturfühler gemessene Temperatur einen vorbestimmten Temperaturwert erreicht. Der von dem ersten Temperaturfühler gelieferte Wert für die Temperatur zeigt überdies an, ob Gas durch das Fluidrohr strömt, da in diesem Fall die Heizwärme durch das Fluidmedium an den Außenumfang des Fluidrohrs transportiert wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein zweiter Temperaturfühler an dem Auslaß des Fluidrohrs vorgesehen. Vorteilhafterweise wird der von dem zweiten Temperaturfühler ermittelte Temperaturwert zur Regelung der Heizleistung verwendet .
Der Quarzmantel speichert nur eine geringe Restwärme, wo durch unmittelbar nach dem Abschalten der Fluid-Heizeinrichtung das Fluid nicht mehr geheizt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Quarzmantel ein Quarzrohr, das den Strahler in Form eines elektrischen Heizelements enthält. Vorzugsweise enthält wenigstens ein Teilabschnitt des Quarzrohrs einen Heizdraht. Wenn mehrere Teilabschnitte des Quarzrohrs ein Heizelement enthalten, wird durch das Zusammenschalten der mehreren Heizelemente eine größere Heizleistung erzielt.
Vorteilhafterweise ist der Strahler ein Infrarotstrahler und das Fluidrohr ist aus Edelstahl, ein Keramikrohr oder ein mit Keramik oder einem Keramikrohr ausgekleidetes Stahlrohr. Dadurch wird ein großer Teil der von dem Strahler emittierten Wärmeenergie an dem Innenumfang des Fluidrohrs in das Fluidrohr zurückreflektiert.
Die Erfindung wird nachfolgend in der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Fluid-Heizeinrichtung; und
Fig. 2
eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Fluid-Heizeinrichtung.
In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fluid-Heizeinrichtung 1 schematisch dargestellt. Die Fluid-Heizeinrichtung 1 weist ein Fluidrohr 2 auf, durch das ein (nicht dargestelltes) Gas strömt, wobei die Strömungsrichtung durch die Pfeile in Fig. 1 dargestellt ist. In dem Fluidrohr 2 ist ein Quarzrohr 3 konzentrisch angeordnet, das einen Heizdraht 4 aufweist. Der Heizdraht 4 besitzt zwei Zuleitungsdrähte 5, 6, die durch Durchlässe in dem Quarzrohr 3 und dem Fluidrohr 2 nach außen geführt sind. Durch Anlegen einer Spannung an die Zuleitungsdrähte 5, 6 wird der Heizdraht 4 mit Energie versorgt und strahlt insbesondere IR-Heizleistung ab, die das in Pfeilrichtung strömende Gas im Durchflußverfahren erwärmt.
Ein erster Temperaturfühler 7 fühlt die Temperatur auf der Außenseite des Quarzmantels 3 ab, um bei Übertemperatur die Heizeinrichtung stromlos zu schalten. Ein zweiter Temperaturfühler 8 fühlt analog die Temperatur des Gases stromabwärts von der Fluid-Heizeinrichtung 1 ab. Der Wert der von dem zweiten Temperaturfühler 8 gemessenen Temperatur kann zur Regelung der an den Heizdraht 4 über die Zuleitungsdrähte 5, 6 angelegten elektrischen Leistung verwendet werden, um die Temperatur des Gases konstant zu halten.
In Fig. 2 ist eine Querschnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Fluid-Heizeinrichtung 1 weist ein Fluidrohr 2 aus poliertem Edelstahl auf, in dem ein (nicht dargestelltes) Gas, wie zum Beispiel N2-Gas, strömt. Die Strömungsrichtung ist dabei durch die Pfeile angedeutet. Das Gas tritt durch einen quer zum Fluidrohr 2 angeordneten Einlaß 9 in das Rohr 2 ein und durch einen ebenfalls quer zum Fluidrohr 2 und zum Einlaß 9 um 90° versetzt angeordneten Auslaß 10 aus. Im Fluidrohr 2 ist ein Quarzmantel axialsymetrisch angeordnet, der als ein Quarzrohr 3 ausgebildet ist, das sich über den Einlaß 9 und den Auslaß 10 hinaus erstreckt. Im Quarzrohr 3 ist über die schematisch angedeutete Länge L in einem Teilabschnitt 11 des Quarzmantels 3 ein (nicht dargestellter) Heizdraht angeordnet, an dessen Zuleitungsdrähte 5, 6 eine elektrische Spannung angelegt wird, um den Heizdraht zu erwärmen. Im Unterschied zu dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel sind die Zuleitungsdrähte 5, 6 im Quarzrohr 3 geführt und werden an den Quarzrohrenden aus dem Fluidrohr 2 herausgeführt. Die Stellen, an denen das Quarzrohr 3 aus dem Fluidrohr 2 austritt, sind mit Abdichtvorrichtungen 12, 13 an der Einlaßseite bzw. der Auslaßseite versehen, die vorzugsweise als Dichtringe ausgebildet sind. Der erste Temperaturfühler 7 fühlt die Temperatur an dem Außenumfang des Fluidrohrs 2 ab. Ein zweiter Temperaturfühler 8 fühlt stromabwärts von dem beheizten Abschnitt 11 des Quarzrohrs 3 an dem Außenumfang eines das Fluid leitenden Rohres die Gastemperatur ab.
Die Erfindung wurde anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben, wobei anstelle eines Gases auch eine Flüssigkeit durch die erfindungsgemäße Heizeinrichtung erhitzt werden kann.

Claims (17)

  1. Fluid-Heizeinrichtung (1) mit einem von einem Fluid durchströmten Rohr (2), das konzentrisch um einen von einem Quarzmantel (3) umgebenen Strahler angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturfühler (7) an dem, dem Strahler gegenüberliegenden Außenumfangsabschnitt des Fluidrohrs (2) vorgesehen ist.
  2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Temperaturfühler (8) am Auslaß (10) des Fluidrohrs (2) vorgesehen ist.
  3. Heizeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem zweiten Temperaturfühler (8) ermittelte Temperaturwert zur Regelung der Heizleistung vorgesehen ist.
  4. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Quarzmantel ein Quarzrohr (3) ist, das den Strahler enthält.
  5. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler ein Infrarotstrahler ist.
  6. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler ein elektrisches Heizelement ist.
  7. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler ein Heizdraht (4) ist.
  8. Heizeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Heizdraht (4) fließende Heizstrom abgeschaltet wird, wenn die vom Temperaturfühler (7) gemessene Temperatur einen vorbestimmten Temperaturwert erreicht.
  9. Heizeinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungsdrähte (5, 6) des Heizdrahtes (4) an wenigstens einem Ende des Quarzrohrs (3) nach außen geführt sind.
  10. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungsdrähte (5, 6) des Heizdrahtes (4) durch wenigstens eine Öffnung in der Wand des Quarzrohrs (3) nach außen geführt sind.
  11. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teilabschnitt (11) des Quarzrohrs (3) ein Heizdraht (4) enthält.
  12. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Strahler vorgesehen sind.
  13. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidrohr (2) aus Edelstahl ist.
  14. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidrohr (2) aus Keramik ist.
  15. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidrohr (2) ein mit Keramik ausgekleidetes Stahlrohr ist.
  16. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid ein Gas, vorzugsweise Stickstoff ist.
  17. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid auf eine Temperatur im Bereich von 100 °C bis 200 °C aufgeheizt wird.
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