NO129320B - - Google Patents

Description

Apparat for oppvarming av et fluidum, spesielt damper

av halogenider, med unntak av fluoridene, av titan,

silicium, aluminium og zirkonium.

Oppfinnelsen angår et apparat for oppvarming av et fluidum, spesielt damper av halogenider, med unntak av fluoridene, av titan, silicium, aluminium og zirkonium.

Det er kjent å oppvarme et fluidum ved å lede det gjennom et oppvarmet raetallrijr, og oppfinnelsen angår, problemet med å redusere den vektmengde metall som er'nodvendig. Problemet kan oppstå som folge av krav om at apparatet må være lett, eller som folge av økonom-iske betraktninger, spesielt når det er nodvendig å anvende et kost-bart metall.

I U.S. patentskrift nr.. 2^96327 er beskrevet et elektrisk gassoppvarmingsapparat som omfatter et ror med elektrisk ledende strimler som er anordnet inne i roret, men elektrisk isolert fra dette. En elektrisk strom ledes gjennom de ledende strimler, og gassen oppvarmes ved å lede denne gjennom roret i kontakt med.de elektrisk ledende strimler. Tverrsnittsarealet til de elektrisk ledende strimler oker i gassens stromningsretning gjennom roret for under bruk av apparatet å holde de ledende strimlers temperatur jev^,

I U.S. patentskrift nr. 32^7888 er beskrevet et elektrisk oppvarmet fordampningsapparat som omfatter et ror anordnet' som' mot-v standselement i en elektrisk krets, idet oppløsningen som skal dehydratiseres eller konsentreres, ledes' langs roret. Rorveggens tykkelse varierer .for å variere varmetilfor selen til roret og derved unngå overopphetning av smeiten. Det foreslås således for dette formål å oke tykkelsen for rorveggens nedstromsendedel ved der å oke metallmengden..

Ved hjelp av oppfinnelsen tilveiebringes et apparat for.oppvarming av et fluidum, omfattende minst ett ror gjennom hvilket fluidumet kan ledes og som på innsiden er forsynt med metallfinner' eller-' andre elementer som er i kontakt med fluidumet, idet finnenes eller de andre elementers tverrsnittsareal oker- i fluidumets stromningsretning, og apparatet er særpreget ved at roret også er' laget av" metall og at finnene eller de andre elementer -står' i elektrisk kontakt med rorveggen, og. rorveggens og. finnenes. eller de andre elementers samlede tverrsnittsareal oker langs roret i -fluidumets stromningsretning slik at når både roret og finnene eller de andre elementer oppvarmes ved påtrykking av en elektrisk potensialforskjell mellom to punkter i avstand fra hverandre i rorets lengderetning ved at det således frembringes en elektrisk strom både gjennom rorveggen og gjennom finnene eller de andre elementer,vil nevnte okning i det samlede tverrsnittsareal hindre temperaturen på rorveggens indre overflate som er i kontakt med fluidumet, i å oke i fluidumets stromningsretning, i det minste over en viss lengde av roret, mens. finnenes eller de andre elementers overflateareal er slik at temperaturen på overflatene av finnene eller de andre elementer som. er i kontakt med fluidumet, ikke pa noe sted overskrider maksimumstemperaturen på den. indre overflate av roret mellom de nevnte to punkter..

Oppfinnelsen gjor det mulig å redusere metallmengden sammenlignet med det tilfelle'hvor rorene oppvarmes ved stråling fra veggene av. en ovn i'hvilken rorene er anbragt-. En' minimalisering'

av metallvekten krever at;alt metall har så hoy temperatur som-: mulig. Da korrosjon, krav til mekanisk styrke og/eller andre betraktninger dikterer en ovre grense for metallets maksimaltemperatur, medforer kravet om at metallets temperatur skal være så hby som mulig, at metallets temperatur må være så jevn som mulig.

Oppfinnelsen gjor det mulig å oppnå en jevnere temperaturfordeling i metallet på to måter. For det forste gjor anvendelsen av elektrisk motstandsoppvarming i metallet selv i den ende av roret hvor fluidumet har lavest temperatur, det mulig å tilfore varme-mengder som ellers bare ville kunne oppnås ved stråling, men ved anvendelse av så hoye ovnsveggtemperaturer at de ikke ville kunne benyttes i praksis. For det annét medforer okningen i tverrsnittsarealet av den elektriske stroms stromningsbane mot enden av roret hvor fluidumet har hoyest temperatur, en tilsvarende reduksjon av varmegenereringen pr. lengdeenhet av roret i denne retning, hvilket, ved å tendere til å kompensere for reduksjonen i kjbleeffekt av fluidumet etterhvert som dets temperatur oker, muliggjor anvendelse av strbmtettheter i oppstrbmsenden av roret som ellers ville fore til overoppheting av rorets nedstrbmsende.

Dersom man som sammenligningsbasis velger et enkelt ror, dvs. et ror av jevn diameter og veggtykkelse, som ikke er forsynt med finner eller andre elementer, og som oppvarmes ved at der ledes en elektrisk strom gjennom det, istedenfor et enkelt ror som oppvarmes ved stråling, blir fordelene som oppnås ved hjelp av oppfinnelsen, enda stbrre. Grunnen til dette er at når roret oppvarmes ved

stråling, får roret en stbrre varmetilfbrsel i den relativt kalde oppstrbmsende enn i den relativt varme nedstrbmsende (hvilket fenderer til i noen grad å kompensere for fluidumets stbrre kjbleeffekt i oppstrbmsenden) mens varmetilfbrselen blir jevn over hele rorets lengde når roret oppvarmes ved at der ledes en elektrisk strom gjennom det. For en gitt tilforselstemperatur av fluidumet og en gitt maksimaltemperatur av metallet vil således den lengde av et enkelt, konvensjonelt ror som kreves for å heve fluidumets temperatur til en gitt verdi (forutsatt at de bvrige variable, hovedsakelig fluidumets massestrbmningshastighet og rorets diameter er like i hvert tilfelle), være mindre når roret oppvarmes ved stråling enn når roret oppvarmes ved at der ledes en elektrisk strom gjennom det. Det er overraskende at man ved å utstyre roret med innvendige finner eller andre elementer og oppvarme roret og finnene eller nevnte elementer ved å lede en elektrisk strom gjennom dem i henhold til oppfinnelsen, ikke bare kan gjore roret kortere, selv

sammenlignet med et konvensjonelt, enkelt ror som oppvarmes ved stråling, men også kan gjore det kortere enn det som ville være nodvendig for å kompensere for metallmengden som anvendes i finnene eller andre elementer.

Det vil forstås at med den anordning som er beskrevet i US patentskrift nr. 32'+7888 kan det ikke oppnås besparelse av metall ved å redusere rorets lengde da det er nodvendig at roret har en viss lengde for at den onskede fordampningsgrad skal kunne oppnås. Det tilsettes isteden metall for å unngå en overopphetning av smeiten.

Det vil også forstås at fordi finnene i det foreliggende apparat står i elektrisk kontakt med rorets eller rorenes vegg (som selv består av metall), foreligger det intet behov for å benytte elektrisk isolerende elementer, som i US patentskrift nr. 2596527, og at dette er en viktig fordel når en korroderende væske eller gass skal oppvarmes.

Det skal dessuten bemerkes at mens finnens utformning i an-ordningen ifolge US patentskrift nr. 2596327 er slik valgt at selve finnens temperatur blir i det vesentlige jevn, er finnene i det foreliggende apparat blitt gitt en slik form at rorveggens temperatur blir i det vesentlige jevn. Som forklart nedenfor behover selve finnenes temperatur i det forliggende apparat endog ikke å være tilnærmet jevn.

Fordelene som oppnås ved hjelp av det foreliggende apparat,

er særlig utpregede når fluidumet er dampen av et halogenid (bortsett fra fluoridet) av et av elementene titan, silicium, aluminium og zirkonium, eller en blanding av mer enn ett sådant halogenid, og i det minste overflaten av rorene og av finnene eller andre elementer som kommer i kontakt med halogeniddampen, er av platina eller av en legering av platina med rhodium, ruthenium eller iridium.

Oppvarmningen av slike halogeniddamper til relativt hoye temperaturer av størrelsesordenen 700° - 1100°C, f.eks. for det formål å bringe dem til en temperatur ved hvilken de vil undergå oxydasjonsreaksjoner med oxyderende gasser,, byr på problemer på grunn av halogenidenes korroderende egenskaper ved slike temperaturer. Anvendelse av platina eller en egnet platinalegering som konstruk-sjonsmateriale for de deler av apparatet som utsettes for den varme halogeniddamp, gjor det mulig å redusere korrosjonen til et aksepter-bart nivå, og den besparelse med hensyn til platina eller platina-legeringer som muliggjores av oppfinnelsen, er meget betydelig fra et okonomisk synspunkt på grunn av den hoye pris på disse materialer.

Fluidumet må selvfølgelig ikke ha så hoy elektrisk lednings-evne at det får noen vesentlig virkning på styrken av den elektriske strom som går gjennom rorveggen og gjennom finnene eller andre elementer.

Apparatet kan omfatte flere metallror, som hvert er forsynt

på innsiden med finner eller andre elementer, og som er således sammenbundet, som forklart i det nedenstående, at fluidumet strommer parallelt gjennom dem.

Roret eller rorene kan med fordel være anordnet i en varmeisolert omhylling, såsom f.eks. i en beholder foret med et ikke-metallisk, ildfast materiale, og, for å redusere varmetap fra roret eller rorene, kan omhyllingens vegger oppvarmes også på annen måte enn ved stråling fra roret eller rorene. Fortrinnsvis holdes imidlertid omhyllingens innvendige overflate på en temperatur som er lavere enn temperaturen for den utvendige overflate av roret eller rorene ved nedstromspunktet av de to nevnte punkter, fordi det resulterende netto strålingstap fra rorene ytterligere oker den maksimale strom som kan flyte i rorveggen uten overopphetning, og dette gjor det mulig å redusere metallmengden ytterligere. Den optimale grad av kjoling avhenger av en vurdering av besparelsnne med hensyn til metallvekt på den ene side mot den annen side det okede forbruk av elektrisitet.

Betydningen av å holde omhyllingens innvendige overflate på en temperatur under temperaturen for den utvendige overflate av roret eller rorene på nedstromspunktet av de to nevnte punkter vil lettere forstås når man betrakter et apparat som omfatter et ror som innvendig er forsynt med finner formet (som nedenfor beskrevet) av lami-'' nært materiale av samme tykkelse som rorveggan, idet rorveggens tykkelse er liten sammenlignet med rorets diameter. Dersom man så forutsetter at roret og finnene i sin helhet er konstruert av ett enkelt materiale, og ser bort fra virkningen av frie kanter (dersom sådanne finnes) av finnene og den kjensgjerning at det utsatte område av den indre overflate av roret reduseres av finnene der hvor disse festes til roret, blir overflatearealet av finnene som kommer i kontakt med fluidumet, dobbelt så stort pr. masseenhet av finnene som overflatearealet av veggen som utsettes for fluidumet, pr. masseenhet av rorveggen. På den annen side er varmegenereringen pr-, masseenhet metall den samme for finnene som for rorveggen. Dersom således omhyllingens innvendige overflate holdes på den samme temperatur som den utvendige overflate av rorene på noe punkt langs rorlengden, slik at det ikke oppstår noe netto varmetap fra roret på dette punkt ved stråling til soneveggene, må rorveggen avgi varme til fluidumet på dette punkt i en mengde pr. overflateenhet utsatt overflate som er dobbelt så stor som den tilsvarende mengde for finnene på dette punkt. Dette medforer at på angjeldende punkt må rorveggens temperatur være betydelig hoyere enn finnenes temperatur, slik at finnene har en temperatur som er lavere enn den optimale og derfor ikke arbeider ved den maksimale varmeavgivelse pr. masseenhet metall. Dersom det angjeldende punkt er nedstromspunktet av de to tidligere omtalte punkter, hvor finnene er brede (slik at finnenes masse pr. lengdeenhet av roret kan være stbrre enn rorveggens masse pr. lengdeenhet av roret), representerer dette en betydelig slbsing med metall. Skjont temperaturen av finnene lett kan bkes ganske enkelt ved å oke deres tykkelse uten å endre deres totale tverrsnittsareal, okes ikke derved finnenes varmeavgivelse pr. masseenhet metall, og ingen besparelse av metall oppnås derfor på denne måte. På den annen side er det mulig å spare metall ved å til-skikke at roret avgir strålingsvarme til den omsluttende sones vegger, fordi finner av mindre tverrsnittsareal vil da være tilstrekkelig for å forhindre rorveggen i å nå opp i temperaturer som overskrider den bnskede maksimaltemperatur.

Fluidumets strbmningshastighet gjennom roret eller gjennom hvert ror, stbrrelsen av elektrisk potensial som påtrykkes mellom de to nevnte punkter og konfigurasjonen av finnene eller andre elementer kan være slik at over minst 50$ (fortrinnsvis minst 80$)

av rorets eller rorenes overflateareal mellom de to punkter .er temperaturen av den indre overflate av roret eller rorene som er utsatt for fluidumet, mindre enn 200°C (med fordel mindre enn 100°C og fortrinnsvis mindre enn 50°C) fra den hbyeste temperatur på den indre overflate som er utsatt for fluidumet. Likeledes er strbm-ningshastigheten av fluidumet gjennom roret, stbrrelsen av det elektriske potensial som påtrykkes mellom de to nevnte punkter, og konfigurasjonen av finnene eller andre elementer med fordel således at temperaturen av den indre overflate av roret eller av rorene som er utsatt for fluidumet, overalt mellom de nevnte to punkter, bortsett fra den umiddelbare nærhet av oppstrbmspunktet, er innenfor et område av 300°C (fortrinnsvis innenfor et område av 150°C). Når

tverrsnittsarealet av veggen av roret eller av hvert ror er konstant mellom de to nevnte punkter, kan stromningshastigheten av fluidumet gjennom roret, stbrrelsen av det elektriske potensial som påtrykkes mellom de to nevnte punkter og konfigurasjonen av finnene eller andre elementer fortrinnsvis være slik at temperaturfordelingen over den indre overflate av roret eller av hvert ror som er utsatt for fluidumet, er hovedsakelig jevn mellom de to nevnte punkter, unntatt i den umiddelbare nærhet av oppstromspunktet.

Konfigurasjonen av finnene eller nevnte andre elementer kan variere i vid utstrekning. Dette skyldes for en stor del at hastigheten ved hvilken varme genereres i veggen av en gitt kort rbrlengde er den samme for alle konfigurasjoner av finnene eller andre elementer som gir samme totale tverrsnittsareal av den elektriske stroms stromningsbane gjennom det betraktede rbrstykke. Dersom man således ser bort fra eventuelle virkninger som variasjon av konfigurasjonen av finnene eller andre elementer kan ha på varme-overforingen mellom finnene eller andre elementer og rbrveggan eller på stromningen av fluidum gjennom roret, vil enhver endring av konfigurasjonen av finnene eller andre elementer som ikke endrer det totale tverrsnittsareal, heller ikke endre temperaturen av rorveggens indre overflate. I motsetning' hertil vil enhver endring av konfigurasjonen av finnene eller andre elementer som resulterer i en bkning i tverrsnittsarealet pr. lengdeenhet av roret, resultere i en nedsettelse av temperaturen av finnene selv eller av de andre elementer selv. For således å sikre at finnene eller lignende selv ikke kommer opp i for hby temperatur er det tilstrekkelig å sbrge for at de får et tilstrekkelig stort overflateareal i forhold til deres tverrsnittsareal.

Finnene og lignende kan med fordel være fremstilt av laminært materiale. Tykkelsen av det laminære materiale kan hensiktsmessig være hovedsakelig like stor som rorets eller rorenes veggtykkelse. Når finnene o.l. dannes ut fra laminært materiale, blir overflatearealet av finnene o.l. som utsettes for fluidumet pr. lengdeenhet av roret, direkte proporsjonalt med tverrsnittsarealet av den elektriske stroms stromningsbane som tilveiebringes av finnene o.l0 Dersom det under disse omstendigheter bevirkes at temperaturen av finnene o.l. på nedstromspunktet av de to nevnte punkter er hovedsakelig lik rorveggens temperatur, vil det finnes at temperaturen av finnene o.l. avtar langs roret i nedstrbmsretningen dersom de er dimensjonert med henblikk på å holde rorveggens temperatur hovedsakelig konstant i rorets lengderetning. Ennskjont denne variasjon i temperaturen av finnene o.l. i rorets lengderetning kan unngås eller reduseres ved at man oker tykkelsen av finnene o.l. og sam-tidig minsker deres overflateareal, slik at overflatearealet av den elektriske stroms stromningsbane forblir uendret, vil den forbedrede jevnhet i temperaturen av finnene o.l. ikke resultere i noen besparelse av metall.

Finnene o.l. kan med fordel være en integrerende del av roret eller rorene, men dette kan fore til konstruksjonsvanskelig-. heter, og finnene o.l. kan derfor være fremstilt separat og festet til roret eller rorene, f.eks. ved sveising,,

Finnene o.l. kan være rette finner sora i lengderetningen strekker seg parallelt med rorets akse og i tverretningen strekker seg innover (f.eks. radielt innover) fra rorveggen, idet finnenes bredde oker gjennom roret i fluidumets stromningsretning. I stedet kan roret eller hvert av rorene inneholde et rorformet element som er anordnet koaksialt i roret, og som er festet til rorveggen ved hjelp av plane finner som i lengderetningen strekker seg parallelt med rorets akse, og i tverretningen er anordnet radialt, idet an-tallet finner oker trinnvis gjennom roret i fluidumets stromningsretning. Istedenfor å strekke "seg gjennom roret parallelt med aksen kan finnene o.l. f.eks. være spiralformede, idet spiralens akse faller sammen med rorets akse.

For at konstruksjonen skal bli enklest mulig, gjores veggtykkelsen av roret eller av hvert ror med fordel praktisk talt konstant mellom de to punkter, idet variasjonen i det totale tverrsnittsareal av den elektriske stroms stromningsbane da blir et resultat bare av en variasjon i tverrsnittsarealet, vertikalt på roraksen, av finnene o.l. Når temperaturen til hvilken rorveggen kan oppvarmes, er begrenset s"om folge av fordringene til mekanisk styrke, kan det imidlertid være fordelaktig å variere veggtykkelsen i rorets lengderetning. Fordi den minste tykkelse av rorveggen som vil gi den nodvendige styrke, er lavere der hvor veggens temperatur er lavere, er det prinsipielt mulig å oppnå en besparelse av metall i tilfeller hvor veggens temperatur ikke er konstant i rorets lengderetning, ved å redusere veggens tykkelse der hvor temperaturen er lavere. Dessuten er det prinsipielt mulig å oppnå en besparelse av metall, sammenlignet med det tilfelle hvor der benyttes et ror av konstant tykkelse, hvis indre overflates temperatur holdes hovedsakelig konstant i rorets lengderetning mellom de to punkter, ved å velge konfigurasjonen av finnene o.l. således at temperaturen av den indre overflate av rorveggen blir lavere over en del av roret umiddelbart på nedstromssiden av oppstrbmspunktet' av de to nevnte punkter enn noe annet sted mellom de to nevnte punkter, pg ved å redusere veggtykkelsen av denne del av roret tilsvarende. Grunnen til dette er at når temperaturdifferansen mellom rorveggen

og fluidumet er stor, vil en liten minskning av veggtemperaturen bare i liten grad minske overforingen av varme fra rorveggen til fluidumet, mens ved hoyere temperaturer vil selv en liten minskning av veggtemperaturen fore til en betydelig okning av materialets mekaniske styrke og en betydelig minskning av den nodvendige minste veggtykkelse.

Måten hvorpå det totale tverrsnittsareal av den elektriske stroms stromningsbane bor variere i rorets eller i hvert rors lengderetning for å oppnå en gitt temperaturfordeling over den indre overflate av roret som er utsatt for fluidumet, avhenger av en rekke faktorer som innbefatter massenastigheten av fluidumet gjennom roret, fluidumets opprinnelige temperatur, den maksimale temperatur som onskes av flatene som er utsatt for fluidumet, og fluidumets fysi-kalske egenskaper. Den vil også avhenge av lengden av intervallene, dersom sådanne finnes, i rorets eller rorenes lengderetning mellom punktene hvor finnene o.l. har elektrisk kontakt med roret. Forutsatt at endringene i det totale tverrsnittsareal forblir små i hvert sådant intervall, vil effekten av endringene i intervallenes lengde bli liten.

Skjont en hovedsakelig jevn temperaturfordeling krever at

det totale tverrsnittsareal endres kontinuerlig i rorets eller hvert rors lengderetning, kan en tilfredsstillende approksimasjon til dette oppnås ved trinnvis endring av det totale tverrsnittsareal, idet tverrsnittsarealet forblir konstant mellom disse suksessive trinn. Dersom denne sistnevnte lbsning benyttes, og dersom finnane eller lignende ikke står i elektrisk kontakt med roret eller rorene i hvilke de er anordnet kontinuerlig over hele rorlengden, kan elektrisk kontakt mellom finnene o.l. og roret hensiktsmessig tilveiebringes i de områder hvor det totale tverrsnittsareal endres. Dessuten krever en hovedsakelig jevn temperaturfordeling at der anordnes finner o.l. av meget liten tverrsnittsareal mot oppstromspunktet av de to nevnte punkter, og de konstruksjonsvanskeligheter dette medforer kan komme til å oppveie den forholdsvis lille fordel

som oppnås. Et aksepter bart kompromiss er a la finnene o.l. fort-sette en viss avstand i oppstromsretning^i forbi det punkt hvor de, for oppnåelse av en jevn temperaturfordeling langs rorveggen, når de minste hensiktsmessige dimensjoner, men opprettholde tverrsnittsarealet av finnene o.l. konstant over nevnte avstand på en verdi som bestemmes av nevnte minste hensiktsmessige dimensjoner, og deretter avslutte finnene o.l. fullstendig på et punkt på nedstromssiden av oppstromspunktet av de to punkter mellom hvilke det elektriske potensialfall påtrykkes.

Konfigurasjonen av roret eller rorene og måten disse under-støttes på må selvfolgelig underkastes hensynet til den termiske ekspansjon og kontraksjon som finner sted i rorene under driften. Man kan med fordel anordne rorene parvis, idet rorene i hvert par

i det minste over den lengde hvor finnene o.l. er anordnet, er rette eller koaksiale, og rbrparene i det minste over nevnte lengde er parallelle, idet de indre ender av hvert rbrpar er forbundet med ett eller flere utlopsforgreningsror som er felles for flere rorpar, og de'ytre ender av rorene er forbundet med tilforselsforgrenings-ror gjennom fleksible koblinger,- f.eks. gjennom belger. Dette arrangement har den fordel at man unngår å benytte fleksible koblinger på det punkt hvor rbrene har meget hby temperatur. Når fluidumet er en halogeniddamp og flatene av rbrene og finnene o.l. som utsettes for halogeniddampen, er av platina eller en platinalegering, må utlbpsforgreningsrbret eller hvert utlopsforgreningsror selvfølgelig også være konstruert av platina eller en platinalegering.

Fordi finnene o.l. vanligvis ikke har samme temperatur som rorveggen, må konfigurasjonen av finnene o.l. og måten hvorpå de er festet til rorveggen, enten de utgjor en integrerende del av rorveggen eller ikke, vanligvis velges under hensyntagen til den mulighet at differensiell ekspansgon mellom rorveggen og finnene o.l. kan finne sted. For å gjore en slik differensiell ekspansjon mulig uten at der oppstår for hbye spenninger, kan finnene o.l. være konstruert med små innsnitt med visse Intervaller i deres lengderetning. Ennskjbnt de små områder med redusert totalt tverrsnittsareal av den elektriske stroms strbmniHgsbane som oppstår som folge av innsnittene, vanligvis vil fore til lokal overoppheting, kan folgene av dette reduseres eller elimineres ved hensiktsmessig design. For det for ste, dersom områdene med redusert tverrsnittsareal er tilstrekkelig små, vil varmeledningen i finnene o.l. være tilstrekkelig til å forhindre alvorlig lokal overoppheting. For det annet kan temperaturen av finnene o.l. reduseres ved okning av deres overflateareal pr. masseenhet, og den vil vanligvis være betydelig lavere enn den onskede maksimaltemperatur, unntatt i området ved nedstromspunktet av de to nevnte punkter, og områder med oket temperatur vil derfor ikke nbdvendigvis medfbre overoppheting. For det tredje, når finnene o.l. står i elektrisk kontakt med roret bare med visse intervaller i rorets lengderetning, bestemmes styrken av den elektriske strom i rorveggen i disse intervaller av stbrrelsen av den totale elektriske motstand av finnene o.l. i området,

og virkningen på den totale motstand av et innsnitt i en, finne kan kompenseres for (på bekostning av en liten okning i den totale mengde metall som kreves) med en liten okning av tverrsnittsarealet av finnene o.l. et annet sted i intervallet.

Når fluidumet er en halogeniddamp som ovenfor nevnt, er roret eller rbrene fortrinnsvis konstruert av en platina/rhodiumlegering som inneholder mellom 5 og 25 vektprosent, fortrinnsvis mellom 10

og 15 vektprosent, rhodium beregnet på legeringens vekt. Dersom legeringer av platina og ruthenium eller platina og iridium benyttes, er andelen av ruthenium, henholdsvis iridium, med fordel mellom 5 og 25 vektprosent (fortrinnsvis mellom 10 og 15 vektprosent), beregnet på legeringens vekt. Finnene o.l. kan være konstruert av det samme materiale som roret eller rbrene, men det foretrekkes å konstruere roret eller rbrene av en platinalegering og å konstruere finnene o.l. av platina. Dette medforer den fordel at dersom differensiell ekspansjon mellom roret og finnene o.l. finner sted, vil platinaets mindre styrke tillate at ekspansjonen opptas ved deformasjon av finnene o.l., uten at overdrevne spenninger oppstår i roret, forutsatt at finnene o.l. har en egnet form og er festet til rorveggen på hensiktsmessig måte.

Dersom det elektriske potensial påtrykkes roret eller hvert

ror gjennom en konstruksjonsdel såsom f.eks. et forgreningsrbr eller et annet ror, som har en overflate som kommer i kontakt med fluidumet, kan det være nodvendig å sikre seg mot at nevnte konstruksjonsdel når en for hby temperatur. Fortrinnsvis forbindes roret med den elektriske kilde bare på oppstrbmspunktet av de to nevnte punkter.

Når således flere ror er anordnet parvis som ovenfor beskrevet og koblet til et felles utlbp, forbindes hvert ror til den elektriske kilde fortrinnsvis bare ved punkter som ligger fjernt fra det felles utlbp, dvs. ved oppstrbmsenden av finnene o.l. eller mellom dette punkt og den fleksible forbindelse i oppstrbmsenden av hvert ror. Fortrinnsvis påtrykkes der et positivt likestrbmspotensial på det ene ror av hvert rbrpar og et negativt likestrbmspotensial på

det andre ror av hvert rbrpar på denne måte, idet det felles utlbps-forgreningsrbr jordes. Dersom tverrsnittsarealet av den elektriske stromningsbane som tilveiebringes av utlbpsforgreningsrbret er tilstrekkelig stort til å forhindre overopphetning av utlbpsforgreningsrbret, kan finnene o.l. i rbrene av rbrparet eller hvert rbrpar for-lenges inn i denne.

Når det tilveiebringes en elektrisk forbindelse til roret eller til hvert ror, således at det elektriske potensial påtrykkes-på oppstrbmspunktet av de to nevnte punkter, forsynes roret, straks på nedsiden av den elektriske forbindelse, fortrinnsvis med én eller flere ytterligere innvendige finner o.l. som står i elektrisk kontakt med rorveggen, og som tilveiebringer en stromningsbane for den elektriske strom som har et tilstrekkelig stort tverrsnittsareal til å sikre at temperaturen på rorveggen i den umiddelbare nærhet av den elektriske forbindelse blir relativt lav under bruk av apparatet.

Det elektriske potensial kan være enten et likestrbmspotensial eller et vekselstrbmspotensial, mnn dersom det er.et vekselstrbmspotensial, må frekvensen selvfølgelig ikke være så hby at den for-årsaker noen nevneverdig "skinneffekt", fordi oppfinnelsen hviler på den forutsetning at strbmtettheten er hovedsakelig konstant over strbmningsbanens tverrsnittsareal på ethvert punkt langs roret, unntatt der hvor materialer av forskjellig elektrisk motstand er be-nyttet sammen.

Når der benyttes flere ror som er anordnet parallelt med hensyn til strbmningen av fluidum mellom innlbpsforgreningsrbr og ut-lbpsf orgreningsrbr , er det bnskelig å sikre at titantetrakloriddam-pens strbmningshastighet er praktisk talt den samme gjennom hvert ror, og dersom trykkgradienter av noen betydning oppstår i for-greningsrbrene, krever jevn fordeling mellom rbrene enten at trykk-fallet over hvert ror er stort sammenlignet med trykkfallene i forgreningsrbret eller at det kompenseres for ved at rbrene gis forskjellig strbmningsimpedanse, f.eks» ved at de forsynes med åpninger av forskjellig stbrrelse.

Når fluidumet er en halogeniddamp som ovenfor nevnt, kan den indre diameter av roret eller av hvert ror være fra 12,7 til 50,8 mm. Den optimale tykkelse av rorveggen avhenger i noen grad av rorets indre diameter, men det foretrekkes vanligvis at veggtykkelsen er mellom 0,25 og 1,27 mm, fortrinnsvis ca. 0,51 mm.

En særlig viktig utnyttelse av oppfinnelsen er for forvarming

av titantetrakloriddamp, som kan være blandet med aluminiumklorid og/eller siliciumtetraklorid, for den oxyderes i dampfase for fremstilling av titandioxydpigment. I det minste overflatene av roret eller rorene og av finnene o.l. som utsettes for halogeniddampen,

vil da bestå av platina eller en legering av platina med rhodium, ruthenium eller iridium. Når halogeniddampen inneholder titantetrakloriddamp, vil temperaturen på overflaten av roret eller rorene og finnene o.l. som er utsatt for halogeniddampen, fortrinnsvis ikke overskride 1100°C på noe punkt. Ved temperaturer over denne tempera-

tur kan roret eller rorene og finnene o.l. komme til å bli vridd,

dersom ikke apparatet er konstruert slik at termiske spenninger holdes på et meget lavt nivå. Dessuten er det ved oppvarmning av titan-tetraklorid for dampfaseoxydering til titandioxyd vanligvis ikke nodvendig å oppvarme roret eller rorene til temperaturer over 1100°C.

Titantetrakloriddampen kan tilfores roret eller rorene ved

en temperatur av ca. 160°C og oppvarmes så i roret eller rorene til en temperatur av ca. 1000°C. For å forvarme titantetrakloridet til en temperatur av 1000°C, er det vanligvis nodvendig å oppvarme rbrene til en temperatur som nærmer seg 1100°Co

En utfbrelse av apparatet som egner seg for forvarming av titantetrakloriddamp for denne oxyderes i dampfase for fremstilling av titandioxyd, og som er konstruert i henhold til oppfinnelsen,

skal nu beskrives som eksempel, under henvisning til de vedfbyede tegninger, hvor

fig. 1 er et skjematisk planriss av apparatet med den ovre

vegg av innkapslingen fjernet,

fig. 2 er et skjematisk snitt gjennom linjen A-A på fig. 1,

fig» 3 viser et skjematisk, vertikalt lengdesnitt, som ikke

er i samme skala, gjennom et av rorene med tilknyttet utstyr,

fig. h er et planriss, som heller ikke er i samme skala, av

et par utbrettede finner,

fig., 5 viser et aksialsnitt gjennom et kort stykke av et av

rbrene i stbrre målestokk, og

fig, 6 viser et. tverrsnitt gjennom linjen B-B på fig» 5.

Apparatet som er vist på fig. 1 og 2 på.de vedfbyede tegninger omfatter i6 oppvarmingsrbr 1,. som. bortsett fra- endene, er anbragt , .•-' i en innkapsling 2, som er konstruert av et ikke-metallisk ildfast materiale som inneholder en hby prosent aluminiumoxyd og er anordnet for å understbtte rbrene 1 på' punkter fordelt med intervaller lang s rorenes lengde.

Korene 1 i innkapslingen 2 er rette, og rbrene i hvert rbrpar er koaksiale. Aksene av rbrene i hvert rbrpar er parallelle med hverandre og ligger i samme horisontalplan. I nedstrbmsenden kommuniserer rbrene 1 med en horisontal, tversgående utlbpsrbrled-ning 3 (nedstrbmsenden la av hvert ror, se fig. 3, har noe stbrre veggtykkelse for å muliggjbre overforing av elektrisk strom til ut-lbpsrbrledningen 3 uten overoppheting), som er lukket i den ene ende, og hvis annen ende forer ut av innkapslingen 2.

På utsiden av innkapslingen 2 boyer oppstrbmsenden av rbrene

1 av vertikalt nedover.. Oppstrbmsenden av rbrene 1 er forsynt med (se fig. 3) en ringformet flens h som er festet til en tilsvarende flens 5 på toppen av en fleksibel belg 6. I den nedre ende av belgen 6 er det anordnet en ringformet Ilens 7 som er festet til en tilsvarende flens 8 som er påsatt på den ovre ende av grenrbrene av to innlbpsforgreningsrbr 9, en på hver side av oppvarmeren.

Belgene 6 er av et elektrisk isolasjonsmateriale, og den ovre og nedre ende av hver belg er forbundet med en elektrisk isolerende stang 10, som er anordnet dreibart i hver ende av belgen. Fordi hvert av rbrene 1 bare har en kort vertikal del sammenlignet med dets horisontale lengde, blir den relative bevegelse mellom oppstrbmsenden av roret og forgreningsrbret 9, som skyldes termisk ekspansjon og kontraksjon, en hovedsakelig horisontal bevegelse, og denne bevegelse forhindres ikke av stangen 10. •med Like på utsiden av innkapslingens 2 vegg er rbrene 1 forbundet elektriske koblinger 11, som er vannavkjølte„

Hvert ror 1 er innvendig, og inne i innkapslingen 2, forsynt med et aggregat av finner, som angitt generelt ved henvisningstall 12. Hvert aggregat 12 består av 8 finner 13 som er konstruert som fire par og med intervaller i lengderetningen er sveiset til korte rbrformede stykker l^f. Hvert par av finner 13 er dannet ved bbyning av en flat strimmel av laminært materiale, som er angitt generelt med henvisningstall 15 (se fig. h), langs dens langsgående senterlinje, slik at de to finner 13 i hvert par, dvs. delene av strimmelen 15 som ligger på hver side av den langsgående senterlinje, mellom seg danner en vinkel på 1+5°. Parene av finner 13

Xp -— *w ■%— ~ ~ w sveises til rbrstykkene lh i området ved nevnte senterlinje, og de orienteres således at også vinklene som dannes mellom nabofinner til-hørende forskjellige par blir hS° (se fig. 6).

Det vil sees av fig. h at bredden av hver strimmel 15 bar en konstant maksimalverdi over korte lengder 16 og over en noe lengre lengde 17 i den ene ende av strimmelen, og at bredden av delene 18 av strimmelen, som ligger mellom de brede deler 16 og 17,oker fra et område 18 til det neste langs strimmelen mot området 17. Det vil sees av fig. 5 at de brede deler 16 er meget korte (i finnenes 13 lengderetning) sammenlignet med lengden av delene 18 ved gradvis bkende bredde. På tilsvarende måte er rbrstykkene l*f meget korte sammenlignet med avstandene som skiller dem.

Finneaggregatene 12 er anbragt i rbrene 1 med de brede deler 17 av strimlene 15 ved nedstrbmsenden av rbrene 1, og de ytre ender av de brede deler 16 og 17 er sveiset til veggene av rbrene 1. Således er hvert finneaggregat 12 festet til det tilhbrende ror 1

på en slik måte at rbrstykkene lh blir liggende koaksialt med roret og finnene 13 kommer i elektrisk kontakt med rorveggen 1 på hvert punkt hvor de er sveiset til roret.

Finneaggregatene 12 avsluttes i oppstrbmsenden på nedstrbmssiden av den indre overflate av kapslingens 2 vegg, men hvert ror 1 er innvendig, straks på nedstrbmssiden av koblingen 11, utstyrt med et annet finneaggregat 21. Hvert finneaggregat 21 ligner finneaggregatene 12, idet de er konstruert av åtte radialt sprikende finner som er dannet parvis ved bbyning av fire strimler langs den langsgående senterlinje, og finnene er sveiset til et sylindrisk stykke lh og (i endene hvor finnene er bredest) til rorveggen. Finneaggregatene 21 er imidlertid meget kortere enn finneaggregatene 12, og, bortsett fra deres bredere endestykker, har finnene i aggregatene 21 konstant bredde i lengderetningen.

På fig. h vil det videre sees at hver strimmel 15 er forsynt med små hull 19 langs senterlinjen for å lette bbyningen av strimmelen for å danne finnene 13, og med innsnitt 20 som er utfort for å tillate differensiell ekspansjon mellom finnene 13 og rorveggen 1 uten at der oppstår for store spenninger. Som ovenfor beskrevet forer slike små innsnitt 20 ikke til overopphetning, dersom de"er riktig utfort. Det samme gjelder hullene 19.

Som et eksempel på passende dimensjoner kan rbrveggenes 1 tykkelse og tykkelsen av det laminære materiale av hvilket finnene er konstruert, være 0,51 mm. Hullenes diameter kan være 1,59 mm. Den indre diameter av rorene 1 kan være 25,W mm og lengden av hvert ror mellom 3?66 og H-,57 m. Lengden av delene 18 av strimlene 15 kan variere i en gitt strimmel fra ca. 0,61 m i oppstrbmsenden til ca. 0,23 m i nedstrbmsenden, dersom det antas at det er seks slike deler» Lengden av hver av de brede deler 17 av strimlene 15 kan være 6,35 mm. Den indre diameter av utlopsrorledningen 3 kan være 76,2 mm og rortykkelsen 0,76 mm.

Skjbnt rorene 1 og utlopsrorledningen 3 fortrinnsvis er konstruert av en platina/rhodium-legering inneholdende 10 vektprosent rhodium, er finneaggregatene 12 og 21 fortrinnsvis konstruert av platina for å lette deformasjonen av finneaggregatene når disse opp-tar forskjellen i termisk ekspansjon mellom.aggregatene og rorveggen 1 (som ovenfor beskrevet).

Under driften er utlopsrorledningen 3 °g tilforselsrorledningen 9 elektrisk jordet, mens et positivt likestrbmspotensial er påtrykket koblingen 11 i den ene ende av innkapslingen 2 og et negativt likestromspotensial er påtrykket koblingen 11 i den andre ende av innkapslingen 2 (den absolutte storrelse av disse potensialer er den samme ).

For hvert par av ror 1 går det således en elektrisk strom fra koblingen 11 på det ene ror av rbrparet, gjennom dette ror og de to finneaggregater 21 og 12 i roret, gjennom utlbpsrorledningens 3 vegg og deretter gjennom det andre ror 1 av rbrparet og de to finneaggregater 12 og 21 i dette annet ror til koblingen 11 på dette ror.

Dersom man betrakter ett enkelt ror 1 og ser bort fra virkningen av rbrstykkene 1*+, de brede deler 16 av strimlene 15 fra hvilke finnene er dannet, hullene 19 og innsnittene 20, blir det totale tverrsnittsareal av den elektriske stroms stromningsbane stort straks på nedsiden av koblingen 11 på roret som folge av tilstedeværelsen av finneaggregatet 21. I nedstrbmsenden av finneaggregatet 21 avtar tverrsnittsarealet plutselig til dets minste-verdi, som er tverrsnittsarealet av rorveggen alene, hvoretter det oker trinnsvis som folge av tilstedeværelsen av finneaggregatet 12. Den elektriske motstand pr. lengdeenhet av roret er således liten straks på nedsiden av koblingen 11 som folge av tilstedeværelsen av finneaggregatet 21, men ved nestrbmsenden av dette aggregat oker den plutselig til en maksimalverdi, hvoretter den avtar trinnvis i nedstrbmsretningen.

Fordi styrken av den elektriske strom er konstant i hvert rors

1 lengderetning, er hastigheten med hvilken varme genereres pr. lengdeenhet av roret direkte proporsjonal med den elektriske motstand pr. lengdeenheto Hastigheten med hvilken varme genereres, er således relativt liten straks på nedstromssiden av koblingen 11, hvilket (sammen med vannavkjolingen av koblingen) forhindrer koblingen 11 i å nå en for hoy temperatur. Straks på nedstromssiden av finneaggregatet 21 oker varmegenereringshastigheten pr. lengdeenhet av roret 1 markert, hvoretter den avtar trinnsvis i nedstromsretningen.

Titantetrakloriddampen, som kan være blandet med mindre mengder av andre klorider, tilfores gjennom tilforselsforgreningsrbr 9, og dens temperatur oker progressivt etterhvert som den passerer gjennom rbrene 1 til utlopsrorledningen 3.

Temperaturen for hvert rors 1 vegg oker i nedstromsretningen over hver seksjon av roret hvor det totale tverrsnittsareal av den elektriske stroms stromningsbane er konstant, og oker mer markert ved nedstrbmsenden av finneaggregatet 21, hvor det totale tverrsnittsareal avtar» Der hvor det totale tverrsnittsareal oker i nedstromsretningen som folge av finneaggregatets 12 utformning, synker temperaturen på rbrveggene 1. Temperaturprofilen for rorveggen i lengderetningen av hvert ror 1 har tilnærmet sagtannform over den lengde som rommer finneaggregatet 12, og den hellar nedover i oppstrbmsretningen bortenfor oppstrbmsenden av dette aggregat. Endringene i det totale tverrsnittsareal velges således i relasjon til dampens massehastighet og graden av ekstern kjbling av rbrene 1

(som beskrives nedenfor) at temperaturprofilens topperylfle under den maksimaltemperatur som kan aksepteres.

Temperaturen for hvert finneaggregat 12 har en tendens til å avta i oppstrbmsretningen, men dette har (som beskrevet ovenfor) ingen særlig betydning„

De indre overflater av innkapslingens 2 vegger holdes på en temperatur under-temperaturen for rbrene 1, hvilket (som ovenfor beskrevet) gjor det mulig å- redusere den vekt av platina eller platinalegering i finneaggregatene 12 som er nodvendig for å forhindre overopphetning av rbrveggene 1.

Claims (6)

1. Apparat for oppvarming av et fluidum, omfattende minst ettrbr gjennom hvilket.fluidumet kan ledes og som på innsiden er forsynt med metallfinner eller andre elementer som er i kontakt med fluidumet, idet finnenes eller de andre elementers tverrsnittsareal oker i fluidumets stromningsretning, karakterisert ved at roret (1) også er laget av metall og at finnene eller de andre elementer (12) står i elektrisk kontakt med rorveggen, og rorveggens og finnenes eller de andre elementers samlede tverrsnittsareal oker langs roret i fluidumets stromningsretning slik at når både roret og finnene eller de andre elementer oppvarmes ved påtrykking av en elektrisk potensialforskjell mellom to punkter i avstand fra hverandre i rorets lengderetning ved at det soledes frembringes en elektrisk strom både gjennom rorveggen og gjennom finnene eller de andre elementer, vil nevnte okning i det samlede tverrsnittsareal hindre temperaturen på rorveggens indre overflate som er i kontakt med fluidumet, i å oke i fluidumets stromningsretning, i det minste over en viss lengde av roret, mens finnenes eller de andre elementers overflateareal er slik at temperaturen på overflatene av finnene eller de andre elementer som er i kontakt med fluidumet, ikke på noe sted overskrider maksimumstemperaturen på den indre overflate av roret mellom de nevnte to punkter.

2. Apparat ifblge krav 1,karakterisert ved at roret eller hvert ror (1) er anordnet i en varmeisolert innkapsling (2) hvis innvendige overflate under bruk av apparatet har en temperatur som er vesentlig lavere enn temperaturen på den utvendige overflate av roret i nedstromspunktet av de to nevnte punkter.

3. Apparat ifblge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det omfatter ett eller flere ytterligere ror (1) som står i forbindelse med et felles utlbp (3), og at elektriske koblinger (11) til rbrene er anordnet bare på punkter som befinner seg fjernt fra det felles utlbp. h.

Apparat ifblge krav 3, karakterisert ved at det umiddelbart på nedstromssiden av de elektriske koblinger (11) til rorene (1) er anordnet en eller flere ytterligere innvendige finner eller andre elementer (21) som befinner seg i elektrisk kontakt med roret og som har et tilstrekkelig tverrsnittsareal til å sikre at temperaturen på rbrveggene i umiddelbar nærhet av de elektriske koblinger er forholdsvis lav under drift.

5. Apparat ifolge krav 1-^, karakterisert ved at finnenes eller de andre elementers (12) tverrsnittsareal er slik at under bruk av apparatet er temperaturen på den innvendige overflate av en del av rorets eller hvert rors (1) vegg umiddelbart på nedstromssiden av oppstromspunktet av de nevnte to punkter lavere enn på noe annet sted mellom de to punkter, idet den nevnte del av veggen har redusert tykkelse.

6. Apparat ifolge krav<1>1-5, karakterisert ved at i det minste de overflater av roret eller hvert ror (1) og av finnene eller de andre elementer (12,21) som utsettes for fluidumet, er laget av platina eller en legering av platina med rhodium, ruthenium eller iridium.