EP2182284A1 - Elektrodeanordnung - Google Patents

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Publication number
EP2182284A1
EP2182284A1 EP09013126A EP09013126A EP2182284A1 EP 2182284 A1 EP2182284 A1 EP 2182284A1 EP 09013126 A EP09013126 A EP 09013126A EP 09013126 A EP09013126 A EP 09013126A EP 2182284 A1 EP2182284 A1 EP 2182284A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrode
electrode arrangement
ceramic
support tube
tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09013126A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hannes KÜHL
Ralf Drechsel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rauschert Steinbach GmbH
Original Assignee
Rauschert Steinbach GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rauschert Steinbach GmbH filed Critical Rauschert Steinbach GmbH
Publication of EP2182284A1 publication Critical patent/EP2182284A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • H05B3/44—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor arranged within rods or tubes of insulating material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q3/00—Igniters using electrically-produced sparks
    • F23Q3/006—Details

Definitions

  • the invention relates to an electrode arrangement which can be used in particular for applying a control voltage in a reactor or for generating an ignition pulse for igniting a gaseous or liquid fuel, in particular an oil vapor.
  • Such electrode arrangements usually consist of an electrode, consisting of an electrically conductive material and an insulator enclosing this electrode, which galvanically separates the electrode from the walls of the reactor or the combustion chamber.
  • the invention is based on the object of specifying an improved electrode arrangement, in particular for the ignition of liquid and / or gaseous fuels.
  • an electrode assembly which comprises at least one electric heating element and an electrode made of an electrically conductive material, in which case the at least one heating element, a ceramic support tube and at least one, printed on a ceramic film electrical heating conductor and / or a the ceramic support tube has wound heating conductors, wherein the ceramic foil is wound around and sintered with the support tube such that the at least one heating conductor is disposed between the ceramic foil and the support tube, and wherein the electrode extends at least through a portion of the ceramic support tube.
  • the electrode arrangement according to the invention can be dispensed with on the one hand to additional heating elements within the reactor or combustion chamber, resulting in a very compact design and cost-effective production of the system. Furthermore, the heating energy is locally introduced in the region of the electrode, which reduces the energy required for the start of the process and improves the combustion process. Furthermore, due to the special structure of the electrode arrangement, further advantages with regard to mechanical stability and strength, galvanic separation, heat transfer and weight result.
  • the use of a support tube, in particular with an annular cross-section, for the construction of the at least one heating element guarantees a high mechanical stability and strength and at the same time a low dead weight. Furthermore, this ensures a low heat transfer resistance between the heating element and the electrode.
  • the support tube and the ceramic foil of the at least one heating element are each formed from at least 50% Al 2 O 3 .
  • the electrode arrangement preferably has a holding element which is mechanically fixed on the keramin carrier tube or on the ceramic foil enclosing the ceramic carrier tube.
  • the fixation of the retaining element on the ceramic carrier tube or the ceramic film can be carried out for example by means of gluing, screwing, pressing or in any other way.
  • the retaining element is, for example, a correspondingly shaped metal sheet or a threaded part.
  • the holding element encloses the ceramic support tube completely and consists for example of a sheet with an opening through which the ceramic support tube, optionally with the ceramic support tube enclosing ceramic foil is guided.
  • the contacting points which serve for the electrical contacting of the heating conductor and the electrode are arranged on the same side of the holding element.
  • the holding element enclosing the ceramic carrier tube on all sides thus divides the electrode arrangement into two parts, wherein in one part (cold area) the contacting points are arranged, for example, on the outside of the heating element.
  • the contacting points of the heating conductor and the electrode are each arranged less than 30 mm apart from each other.
  • the contacting is preferably by means of clamping. It is also possible that the contacting takes place by means of soldering. Next it is possible that the electrical contacting of the at least one heating element is preferably covered with ceramic casting material.
  • the at least one electrical heating element is arranged in a protective tube.
  • the at least one heating element is pushed into the protective tube and mechanically fixed there.
  • the gap between the at least one heating element and the protective tube is filled with a heat-insulating material.
  • the heat input into the interior of the respective protective tube and thus to the electrodes is thereby increased again.
  • the result is an increase in the temperature in the support tube by up to 300 ° C compared to a version without heat-insulating material.
  • heat-insulating material in particular fiber mats, porous lightweight bricks or ceramic, vacuum moldings and the like have proven.
  • the at least one heating conductor of the at least one heating element is preferably formed from a refractory metal, such as tungsten, platinum, molybdenum or molybdenum disilicide, from an electrically conductive ceramic-metal composite or from an electrically conductive ceramic material. Due to the positive temperature coefficient of the resistance of, for example, tungsten or platinum, a heating element formed thereby is virtually self-limiting. Ceramic-metal composite or mixtures of ceramic and Metallpulvem, such as mixtures of 60 vol .-% Al 2 O 3 powder with 40 vol .-% tungsten; Molybdenum or platinum powders have been proven to form a heat conductor.
  • the protective tube made of a metal or a metal alloy, in particular with an operating temperature in the range of 900 to 1000 ° C and more is formed.
  • stainless CR steels, hot work steels or heat resistant steels are suitable as the material for the thermowell.
  • ceramic thermowells have a higher susceptibility to breakage and also possibly a higher mass, which may have a negative effect on the temperature profile.
  • the ceramic support tube with heating conductor is used directly for heating the surrounding medium.
  • a cohesive connection between the heating conductor and the ceramic support tube is of particular advantage.
  • the ceramic carrier tube preferably has an annular cross-section.
  • the ceramic support tube has a different cross-section.
  • the cross section of the interior of the carrier tube it is possible for the cross section of the interior of the carrier tube to have a triangular, quadrilateral or hexagonal cross section.
  • the inner diameter of the support tube is preferably between 1 and 15 mm, its outer diameter preferably between 4 and 25 mm.
  • the electrode extending through the ceramic support tube is preferably made of a metal or a metal alloy.
  • the electrode preferably consists of an AlCrFe or CrNi alloy. Furthermore, it is also possible that the electrode is made of copper or steel.
  • the electrode has a rod-shaped shape, preferably, it has a substantially circular disk-shaped or rectangular cross-section.
  • the cross-sectional shape of the electrode is preferably adapted to the shape of the inner wall of the carrier tube. If the cavity delimited by the inner wall of the carrier tube thus has a circular-disk-shaped or quadrilateral cross-section, the electrode likewise has a circular-disk-shaped or quadrangular cross-section. Preferably, the difference between the outer diameter of the electrode and the inner diameter of the support tube is less than 1 mm.
  • the electrode is guided gas-tight through the support tube. It is thus possible, for example, that the electrode is positively clamped in the support tube and pressed with this. Furthermore, it is also possible that the interstices between the electrode and the inner wall of the carrier tube are filled with a sealing medium.
  • a sealing medium is particularly suitable glass solder, silicone or acrylic sealants, ceramic or polymeric adhesive and casting compounds.
  • the electrode assembly is further connected to a high voltage generator which is electrically connected to the electrode.
  • a high voltage generator for example, high voltage pulses are generated, which are initiated by the electrode as an ignition pulse in the reactor or combustion chamber.
  • the electrode it is also possible for the electrode to also be supplied with control or signal voltage (0-50 kV) (alternating or direct voltage).
  • control or signal currents can be derived from the electrode, if the electrode assembly serves as a sensor or a sensor is connected to the electrode.
  • FIG. 1 a shows an electrode arrangement 1 in longitudinal section.
  • the electrode assembly 1 has a protective tube 2 of stainless Cr-steel and in the protective tube 2, a tubular heating element 3.
  • the heating element 3 has a support tube 3a made of Al 2 O 3 .
  • a printed heating conductor 4 made of platinum is embedded meandering at one end of the support tube 3a, which can be electrically contacted at the other end of the support tube 3a.
  • the position of the heat conductor 4 between the support tube 3a and the ceramic sheet 3b is dashed indicated and by an outbreak in the support tube 3a through immediately before the ceramic film 4 recognizable.
  • the heating element 4 preferably extends over more than half the length of the heating element 3.
  • the heating element 3 is arranged concentrically in the protective tube 2 and fixed by means of a spacer ring 5 in the protective tube 2.
  • the spacer ring 5 can here completely surround the heating element 3 or only be present in regions.
  • An electrode 7 extends through the carrier tube 3a.
  • the electrode 7 has a rod-shaped shape and is connected on the one hand to a voltage generator, preferably a high-voltage generator, and protrudes on the other side into a reactor chamber or combustion chamber (not shown).
  • the electrode 7 is made of an electrically conductive material, in particular of an AlCrFe or CrNi alloy. As in Fig.
  • the electrode 7 is arranged concentrically in the support tube 3a and has, as in Fig. 1b shown, a substantially circular-shaped cross-section.
  • the space between the inner wall of the support tube 3a and the electrode 7 is preferably filled with a sealing medium, for example, filled with glass solder, silicone or acrylic sealant, with a ceramic or polymeric adhesive or potting material.
  • the electrode 7 is melted in the region in which the electrode 7 is guided by the support tube 3a in a carrier body, which is then in turn inserted into the support tube.
  • FIGS. 2a and 2b illustrate a further embodiment of an electrode arrangement according to the invention.
  • These figures show an electrode assembly 20 comprising the tubular heating element 3, an electrode 27, a connecting element 21 and a stop disc 23 and an O-ring seal 22.
  • the electrode 27 extends completely through the ceramic support tube 3a of the heating element 3.
  • To the electrode 27 are a or formed a plurality of securing ears 24 and in one end of the ceramic support tube 3a, a recess for receiving the stop plate 23 is formed.
  • the securing ears 24 now engage in the stop disc 23 and prevent movement of the electrode 27 in the direction of the ceramic carrier tube 3a.
  • the protruding from the other end of the ceramic support tube portion of the electrode 27 is provided with a thread, in which the connecting element 21 engages.
  • the connecting element 21 is preferably a round plug.
  • the connecting element 21 exerts a contact pressure on the O-ring seal 22 when screwed, thereby fixing the electrode 27 mechanically in a fixed position relative to the ceramic support tube 3a. Furthermore, gas-tight passage of the electrodes 27 through the ceramic support tube 3a is simultaneously ensured, due to the sealing by the O-ring seal 22.
  • the electrode arrangement has two contact points 28, which serve for contacting the heating conductor.
  • the electrode arrangement 3 has an electrode 37, a tubular heating element 3 and a holding element 31.
  • the holding element 31 is made of a metal sheet which has a central, circular disk-shaped recess through which the tubular heating element 3 is guided.
  • the retaining element 31 still has one or more holes, which serve for fastening the retaining element 31.
  • the holding element 31 is mechanically fixed to the tubular heating element 3, for example by gluing or pressing.
  • electrical contact points 34 are further arranged for contacting the heat conductor on the outside of the tubular heating element 3.
  • the electrode arrangement 3 has a cable 32, which electrically connects the electrode 37 to a plug 33.
  • the electrode 37 does not extend completely through the ceramic support tube 3a, but extends only through a portion of the ceramic support tube. Through the other portion of the ceramic support tube, the cable 32 is guided, which contacts the electrode 37 electrically. As in Fig. 3 shown further protrudes the electrode 37 on one side of the holding member 31 from the tubular heating element 3 and on the other side of the holding member 31, the electrical contacting points 34 are arranged for the heating element and the cable 32 out of the tubular heating element 3.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung (1), welche mindestens ein elektrisches Heizelement (3) und eine Elektrode (7,) aus einem elektrisch leitfähigen Material umfasst. Das mindestens eine Heizelement (3) weist ein keramisches Trägerrohr (3a) und mindestens einen, auf eine Keramikfolie (3b) gedruckten, elektrischen Heizleiter (4) und/oder mindestens einen auf das keramische Trägerrohr gewickelten Heizleiter auf. Hierbei ist, wenn eine Keramikfolie mit einem Heizleiter vorgesehen ist, die Keramikfolie (3b) derart um das Trägerrohr (3a) gewickelt und mit diesem versintert, dass der mindestens eine Heizleiter (4) zwischen der Keramikfolie (3b) und dem Trägerrohr (3a) angeordnet ist. Weiterhin erstreckt sich die Elektrode (7) durch zumindest einen Abschnitt des keramischen Trägerrohrs (3a) des mindestens einen Heizelements (3).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung, die insbesondere zur Anlegung einer Steuerspannung in einem Reaktor oder zur Generierung eines Zündimpulses zur Zündung eines gasförmigen oder flüssigen Brennstoffes, insbesondere eines Öldampfes, verwendet werden kann.
  • Derartige Elektrodenanordnungen bestehen üblicherweise aus einer Elektrode, bestehend aus einem elektrisch leitfähigen Material und einem diese Elektrode umschließenden Isolator, der die Elektrode galvanisch von den Wänden des Reaktors bzw. des Brennraums trennt.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Elektrodenanordnung insbesondere zur Zündung von flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoffen anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Elektrodenanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst, welche mindestens ein elektrisches Heizelement und eine Elektrode aus einem elektrisch leitfähigen Material umfasst, wobei hier das mindestens eine Heizelement ein keramisches Trägerrohr und mindestens einen, auf eine Keramikfolie gedruckten elektrischen Heizleiter und/oder einen um das keramische Trägerrohr gewickelten Heizleiter aufweist, wobei die Keramikfolie derart um das Trägerrohr gewickelt und mit diesem versintert ist, dass der mindestens eine Heizleiter zwischen der Keramikfolie und dem Trägerrohr angeordnet ist, und wobei sich die Elektrode zumindest durch einen Abschnitt des keramischen Trägerrohrs erstreckt.
  • Durch die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung kann zum einen auf zusätzliche Heizelemente innerhalb des Reaktors oder Brennraums verzichtet werden, wodurch sich ein sehr kompakter Aufbau und eine kostengünstige Fertigung des Systems ergibt. Weiter wird hierdurch die Heizenergie lokal im Bereich der Elektrode eingetragen, wodurch zum einen die für den Start des Prozesses notwendige Energie verringert wird und zum anderen der Verbrennungsprozess verbessert wird. Weiter ergeben sich durch den speziellen Aufbau der Elektrodenanordnung weitere Vorteile in Bezug auf mechanische Stabilität und Festigkeit, galvanische Trennung, Wärmeübertrag und Gewicht. Die Verwendung eines Trägerrohrs, insbesondere mit kreisringförmigem Querschnitt, zum Aufbau des mindestens einem Heizelements garantiert eine hohe mechanische Stabilität und Festigkeit und gleichzeitig ein geringes Eigengewicht. Weiter wird hierdurch ein geringer Wärmeübergangswiderstand zwischen Heizelement und Elektrode sichergestellt. Im Vergleich zu flachen Heizelementen ist die Bruchgefahr durch die rohrförmige Gestaltung des Heizelements deutlich reduziert. Auch "heiße Zonen" in der Elektrodenanordnung werden durch die Hohe mechanische Stabilität des Trägerrohrs geduldet, während z.B. flächige Heizelemente ein vollkommen gleiche Temperaturverteilung über die Heizelementfläche erfordern.
  • Weiter können hohe Temperaturen (1000°C) erreicht werden und die Temperatur kann gut gesteuert werden.
  • Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in den Unteransprüchen bezeichnet.
  • Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sind das Trägerrohr und die Keramikfolie des mindestens einem Heizelements jeweils aus mindestens 50 % Al2O3 gebildet.
  • Vorzugsweise weist die Elektrodenanordnung ein Halteelement auf, welches auf dem keraminschen Trägerrohr oder auf der das keramische Trägerrohr umschließende Keramikfolie mechanisch festgelegt ist. Die Fixierung des Halteelements auf dem keramischen Trägerrohr bzw. der Keramikfolie kann beispielsweise mittels Verkleben, Verschrauben, Verpressen oder auf sonstige Weise durchgeführt sein. Bei dem Halteelement handelt es sich beispielsweise um ein entsprechend geformtes Blech oder um ein Gewindeteil.
  • Vorzugsweise umschließt das Halteelement das keramische Trägerrohr vollständig und besteht beispielsweise aus einem Blech mit einer Durchbrechung, durch die das keramische Trägerrohr, gegebenenfalls mit der das keramische Trägerrohr umschließenden Keramikfolie, geführt ist.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Kontaktierungspunkte, welche der elektrischen Kontaktierung des Heizleiters und der Elektrode dienen auf derselben Seite des Halteelements angeordnet. Das das keramische Trägerrohr allseitig umschließende Halteelement teilt so die Elektrodenanordnung in zwei Teile, wobei in dem einen Teil (kalter Bereich) die Kontaktierungspunkte beispielsweise auf der Außenseite des Heizelements angeordnet sind. Hierdurch wird eine kostengünstige Kontaktierung der Elektrodenanordnung ermöglicht.
  • Vorzugsweise sind die Kontaktierungspunkte des Heizleiters und der Elektrode hierbei jeweils weniger als 30 mm voneinander entfernt angeordnet.
  • Die Kontaktierung erfolgt vorzugsweise mittels Klemmung. Es ist weiter möglich, dass die Kontaktierung mittels Lötung erfolgt. Weiter ist es möglich, dass die elektrische Kontaktierung des mindestens einen Heizelements vorzugsweise mit keramischer Gußmasse bedeckt wird.
  • Vorzugsweise ist das mindestens eine elektrische Heizelement in einem Schutzrohr angeordnet. Das mindestens eine Heizelement wird in das Schutzrohr geschoben und dort mechanisch fixiert.
  • Vorzugsweise ist der Zwischenraum zwischen dem mindestens einen Heizelement und dem Schutzrohr mit einem wärmeisolierenden Material ausgefüllt. Der Wärmeeintrag ins Innere des jeweiligen Schutzrohrs und damit auf die Elektroden wird dadurch nochmals erhöht. Es resultiert eine Erhöhung der Temperatur im Trägerrohr um bis zu 300 °C im Vergleich zu einer Ausführung ohne wärmeisolierendes Material. Als wärmeisolierendes Material haben sich insbesondere Fasermatten, poröse Leichtbausteine oder Keramik, Vakuumformteile und dergleichen bewährt.
  • Vorzugsweise ist der mindestens eine Heizleiter des mindestens einen Heizelements aus einem Refraktärmetall, wie Wolfram, Platin, Molybdän oder Molybdändisilizid, aus einem elektrisch leitfähigen Keramik-Metall-Komposit oder aus einem elektrisch leitfähigen Keramikmaterial gebildet. Durch den positiven Temperaturkoeffizient des Widerstands von beispielsweise Wolfram oder Platin ist ein damit gebildetes Heizelement quasi selbstbegrenzend. Keramik-Metall-Komposit bzw. Mischungen aus Keramik und Metallpulvem, wie beispielsweise Mischungen aus 60 Vol.-% Al2O3-Pulver mit 40 Vol.-% Wolfram-; Molybdän- oder Platinpulver haben sich zur Bildung eines Heizleiters bewährt.
  • Es hat sich bewährt, wenn das Schutzrohr aus einem Metall oder aus einer Metalllegierung, insbesondere mit einer Einsatztemperatur im Bereich von 900 bis 1000 °C und mehr gebildet ist. Insbesondere eignen sich nicht rostende CR-Stähle, Warmarbeitsstähle oder hitzebeständige Stähle als Material für das Schutzrohr. Zwar ist auch die Verwendung eines keramischen Schutzrohrs möglich, jedoch weisen keramische Schutzrohre eine höhere Bruchanfälligkeit und zudem möglicherweise eine höhere Masse auf, die sich gegebenenfalls negativ auf den Temperaturverlauf auswirkt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung steht nicht die Wärmeabstrahlung der Elektroden im Vordergrund, sondern das keramische Trägerrohr mit Heizleiter dient direkt zur Erwärmung des umgebenden Mediums. Bei derartigen Ausführungsformen ist eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Heizleiter und keramischen Trägerrohr von besonderem Vorteil.
  • Das keramische Trägerrohr weist, wie bereits oben ausgeführt, vorzugsweise einen kreisringförmigen Querschnitt auf. Es ist jedoch auch möglich, dass das keramische Trägerrohr einen anderen Querschnitt besitzt. So ist es beispielsweise möglich, dass der Querschnitt des Innenraums des Trägerrohrs einen dreieckförmigen, viereckförmigen oder sechseckförmigen Querschnitt besitzt.
  • Der Innendurchmesser des Trägerrohrs beträgt vorzugsweise zwischen 1 und 15 mm, sein Außendurchmesser bevorzugt zwischen 4 und 25 mm.
  • Die Elektrode, welche sich durch das keramische Trägerrohr erstrecken, besteht vorzugsweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung. Bevorzugt besteht die Elektrode aus einer AlCrFe- oder CrNi-Legierung. Weiter ist es auch möglich, dass die Elektrode aus Kupfer oder Stahl besteht.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Elektrode eine stabförmige Formgebung auf, Vorzugsweise weist sie einen im wesentlichen kreisscheibenförmigen oder rechteckförmigen Querschnitt auf.
  • Bevorzugt ist hierbei die Querschnittform der Elektrode an die Formgebung der Innenwand des Trägerrohrs angepasst. Weist so der von der Innenwand des Trägerrohrs begrenzten Hohlraum ein kreisscheibenförmigen oder viereckförmigen Querschnitt auf, so weist die Elektrode ebenfalls einen kreisscheibenförmigen bzw. viereckförmigen Querschnitt auf. Vorzugsweise beträgt hierbei die Differenz zwischen dem Außendurchmesser der Elektrode und dem Innendurchmesser des Trägerrohrs weniger als 1 mm.
  • Gemäß eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist die Elektrode gasdicht durch das Trägerrohr geführt. Es ist so beispielsweise möglich, dass die Elektrode formschlüssig in das Trägerrohr eingespannt und mit diesem verpresst ist. Weiter ist es auch möglich, dass die Zwischenräume zwischen der Elektrode und der Innenwand des Trägerrohrs mit einem Dichtmedium verfüllt sind. Als Dichtmedium eignet sich insbesondere Glaslot, Silikon bzw. Acryldichtmassen, keramische oder polymere Kleber und Vergußmassen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Elektrodenanordnung weiter mit einem Hochspannungsgenerator verbunden, welcher elektrisch mit der Elektrode verbunden ist. Durch den Hochspannungsgenerator werden beispielsweise Hochspannungsimpulse generiert, die von der Elektrode als Zündimpuls in den Reaktor oder Brennraum eingeleitet werden. Weiter ist es auch möglich, dass der Elektrode auch Steuer- oder Signalspannung (0-50 kV) zugeführt werden (Wechsel- oder Gleichspannung). Außerdem können von der Elektrode Steuer- oder Signalströme abgeleitet werden, falls die Elektrodenanordnung als Sensor dient oder ein Sensor mit der Elektrode verbunden ist.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnungen beispielhaft erläutert.
    • Fig. 1 a
    zeigt eine Elektrodenanordnung im Längsschnitt.
    Fig. 1b
    zeigt die Elektrodenanordnung nach Fig. 1a im Querschnitt A-A'.
    Fig.2a
    zeigt eine weitere Elektrodenanordnung im Längsschnitt.
    Fig. 2b
    zeigt die Elektrodenanordnung nach Fig. 2 im Querschnitt B-B'.
    Fig. 3a bis Fig. 3d
    zeigen schematische Darstellungen einer weiteren Elektrodenanordnung.
    Fig. 3e
    zeigt die Elektrodenanordnung nach Fig. 3a bis 3c im Längsschnitt.
  • Figur 1 a zeigt eine Elektrodenanordnung 1 im Längsschnitt. Die Elektrodenanordnung 1 weist ein Schutzrohr 2 aus nicht-rostendem Cr-Stahl und im Schutzrohr 2 ein rohrförmiges Heizelement 3 auf. Das Heizelement 3 weist ein Trägerrohr 3a aus Al2O3 auf. Zwischen dem Trägerrohr 3a und einer Keramikfolie 3b aus dem gleichen Material ist an einem Ende des Trägerrohrs 3a ein gedruckter Heizleiter 4 aus Platin mäanderförmig eingebettet, der am anderen Ende des Trägerrohrs 3a elektrisch kontaktiert werden kann. Im Längsschnitt ist die Lage des Heizleiters 4 zwischen dem Trägerrohr 3a und der Keramikfolie 3b gestrichelt angedeutet und durch einen Ausbruch im Trägerrohr 3a hindurch unmittelbar vor der Keramikfolie 4 erkennbar. Der Heizleiter 4 erstreckt sich dabei vorzugsweise Ober mehr als die Hälfte der Länge des Heizelements 3. Das Heizelement 3 ist konzentrisch im Schutzrohr 2 angeordnet und mittels eines Distanzrings 5 im Schutzrohr 2 fixiert. Der Distanzring 5 kann hier das Heizelement 3 vollständig umgeben oder aber nur bereichsweise vorhanden sein. Durch das Trägerrohr 3a erstreckt sich eine Elektrode 7. Die Elektrode 7 hat eine stabförmige Formgebung und ist einerseits mit einem Spannungsgenerator, vorzugsweise einem Hochspannungsgenerator, verbunden und ragt auf der anderen Seite in einen nicht gezeigten Reaktorraum oder Brennraum. Die Elektrode 7 besteht aus einem elektrisch leitfähigem Material, insbesondere aus einer AlCrFe- oder CrNi-Legierung. Wie in Fig. 1a gezeigt, ist die Elektrode 7 konzentrisch im Trägerrohr 3a angeordnet und besitzt, wie in Fig. 1b gezeigt, einen im wesentlichen kreisscheibenförmigen Querschnitt. Der Zwischenraum zwischen der Innenwand des Trägerrohrs 3a und der Elektrode 7 ist vorzugsweise mit einem Dichtmedium verfüllt, beispielsweise mit Glaslot, Silikon- oder Acryldichtmasse, mit einem keramischen oder polymeren Kleber oder Vergußmaterial verfüllt.
  • Weiter ist es auch möglich, dass die Elektrode 7 in dem Bereich, in dem die Elektrode 7 durch das Trägerrohr 3a geführt ist, in einen Trägerkörper eingeschmolzen ist, der dann wiederum in das Trägerrohr eingeführt wird.
  • Die Figuren 2a und 2b verdeutlichen eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung. Diese Figuren zeigen eine Elektrodenanordnung 20, welche das rohrförmige Heizelement 3, eine Elektrode 27, ein Anschlußelement 21 sowie eine Anschlagscheibe 23 und einen O-Ring-Dichtung 22 aufweist. Wie in Fig. 2a gezeigt, erstreckt sich die Elektrode 27 vollständig durch das keramische Trägerrohr 3a des Heizelements 3. An die Elektrode 27 sind ein oder mehrere Sicherungsohren 24 angeformt und in dem einen Ende des keramischen Trägerrohrs 3a ist eine Ausnehmung zur Aufnahme der Anschlagscheibe 23 ausgeformt. Die Sicherungsohren 24 greifen nun in die Anschlagscheibe 23 ein und verhindern eine Bewegung der Elektrode 27 in Richtung des keramischen Trägerrohrs 3a. Der aus dem anderen Ende des keramischen Trägerrohrs ragende Abschnitt der Elektrode 27 ist mit einem Gewinde versehen, in welches das Anschlußelement 21 eingreift. Bei dem Anschlußelement 21 handelt es sich vorzugsweise um einen Rundstecker. Das Anschlußelement 21 übt bei Verschraubung einen Anpressdruck auf die O-Ring-Dichtung 22 aus und fixiert hierbei die Elektrode 27 mechanisch in einer festen Lage gegenüber dem keramischen Trägerrohr 3a. Weiter wird so gleichzeitig für eine gasdichte Durchführung der Elektroden 27 durch das keramische Trägerrohr 3a gesorgt, aufgrund der Abdichtung durch die O-Ring-Dichtung 22. Weiter weist die Elektrodenanordnung zwei Kontaktierungspunkte 28 auf, welche zur Kontaktierung des Heizleiters dienen.
  • Anhand der Figuren Fig. 3a bis Fig. 3e wird nun eine weitere erfindungsgemäße Elektrodenanordnung, eine Elektrodenanordnung 3 beschrieben.
  • Die Elektrodenanordnung 3 weist eine Elektrode 37, ein rohrförmiges Heizelement 3 und ein Halteelement 31 auf. Das Halteelement 31 ist aus einem Blech gefertigt, welches eine zentrale, kreisscheibenförmige Ausnehmung aufweist, durch die das rohrförmige Heizelement 3 geführt ist. Weiter weist das Halteelement 31 noch ein oder mehrere Bohrungen auf, welche zur Befestigung des Halteelements 31 dienen. Das Halteelement 31 ist beispielsweise durch Verkleben oder Verpressen mechanische fest mit dem rohrförmigen Heizelement 3 verbunden. Wie in Fig. 3c bis Fig. 3e gezeigt, sind weiter elektrische Kontaktierungspunkte 34 zur Kontaktierung des Heizleiters auf der Außenseite des rohrförmigen Heizelements 3 angeordnet.
  • Weiter weist die Elektrodenanordnung 3 ein Kabel 32 auf, welches die Elektrode 37 elektrisch mit einem Stecker 33 verbindet.
  • Wie in Fig. 3e gezeigt, erstreckt sich die Elektrode 37 nicht vollständig durch das keramische Trägerrohr 3a, sondern erstreckt sich lediglich durch einen Abschnitt des keramischen Trägerrohrs. Durch den anderen Teilbereich des keramischen Trägerrohrs ist das Kabel 32 geführt, welches die Elektrode 37 elektrisch kontaktiert. Wie in Fig. 3 gezeigt, ragt weiter die Elektrode 37 auf der einen Seite des Halteelements 31 aus dem rohrförmigen Heizelement 3 und auf der anderen Seite des Halteelements 31 sind die elektrischen Kontaktierungspunkte 34 für das Heizelement angeordnet und das Kabel 32 aus dem rohrförmigen Heizelement 3 geführt.

Claims (15)

  1. Elektrodenanordnung (1, 20, 30) umfassend mindestens ein elektrisches Heizelement (3) und eine Elektrode (7, 27, 37) aus einem elektrisch leitfähigen Material, wobei das mindestens eine Heizelement (3) ein keramisches Trägerrohr (3a) und mindestens einen, auf eine Keramikfolie (3b) gedruckten, elektrischen Heizleiter (4) und/oder mindestens einen auf das keramische Trägerrohr gewickelten Heizleiter aufweist, wobei, wenn eine Keramikfolie mit einem Heizleiter vorgesehen ist, die Keramikfolie (3b) derart um das Trägerrohr (3a) gewickelt und mit diesem versintert ist, dass der mindestens eine Heizleiter (4) zwischen der Keramikfolie (3b) und dem Trägerrohr (3a) angeordnet ist, und wobei sich die Elektrode (7, 27, 37) durch zumindest einen Abschnitt des keramischen Trägerrohrs (3a) des mindestens einen Heizelements (3) erstreckt.
  2. Elektrodenanordnung (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich die Elektrode (7) vollständig durch den Innenraum des keramischen Trägerrohrs (3a) erstreckt.
  3. Elektrodenanordnung (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Elektrode (7) aus einer AlCrFe oder CrNi Legierung besteht.
  4. Elektrodenanordnung (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Elektrode stabförmig ausgeformt ist und einen Außendurchmesser von 1 bis 5 mm besitzt.
  5. Elektrodenanordnung (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Differenz zwischen dem Innendurchmesser des Trägerrohrs und dem Außendurchmesser der Elektroden zwischen 0 und 1 mm beträgt.
  6. Elektrodenanordnung (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Elektrode (7) gasdicht durch das Trägerrohr (3a) geführt ist und/oder dass die Elektrode formschlüssig in das Trägerrohr eingepasst ist.
  7. Elektrodenanordnung (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Zwischenräume zwischen Elektrode und Innenwand des Trägerrohrs mit einem Dichtmedium verfüllt sind wobei das Dichtmedium insbesondere aus der Gruppe Glaslot, Kleber, keramische und polymere Füllmasse ausgewählt ist.
  8. Elektrodenanordnung (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das mindestens eine Heizelement (3) in einem Schutzrohr (2) angeordnet ist.
  9. Elektrodenanordnung (1) nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Zwischenraum (6) zwischen dem mindestens einem Heizelement (3) und dem Schutzrohr (2) mit einem wärmeisolierenden Material (9) ausgefüllt ist.
  10. Elektrodenanordnung (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der mindestens eine Heizleiter (4) aus einem Refraktärmetall, insbesondere aus Wolfram, Platin, Molybdän oder Molybdändislizid, aus einem elektrisch leitfähigen Keramik-Metall-Komposit oder aus einem elektrisch leitfähigen Keramikmaterial gebildet ist.
  11. Elektrodenanordnung (30) nach einem der vorgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Elektrodenanordnung (20) ein elektrisches Anschlußelement (21) aufweist, welches auf die Elektroden aufgeschraubt ist.
  12. Elektrodenanordnung (1, 20, 30) nach einem der vorgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Heizleiter stoffschlüssig mit dem Trägerrohr verbunden ist.
  13. Elektrodenanordnung (30) nach einem der vorgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Elektrodenanordnung (30) ein Halteelement (31) aufweist, welches das Trägerrohr vollständig umschließt.
  14. Elektrodenanordnung (30) nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die elektrischen Kontaktierungspunkte (34) des Heizleiters und der Elektrode auf derselben Seite des Halteelements (31) angeordnet sind.
  15. Elektrodenanordnung (20) nach einem der vorgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kontaktierungspunkte (28, 21) des Heizleiters und der Elektrode weniger als 30 mm voneinander entfernt angeordnet sind.
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