PL108978B2 - Method of heating gases or vapours and apparatus for heating gases and vapours - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób nagrzewania gazów lub par poprzez bezposrednia wymiane ciepla z nagrzanymi powierzchniami oraz urzadzenie do nagrzewania gazów lub par.Niedogodnoscia znanych postaci wykonania elektrycznych ogrzewaczy gazu jest ich skomplikowana* kon¬ strukcja, majaca udostepnic niezbedne powierzchnie przejmowania ciepla.Celem wynalazku jest jak najszybsze nagrzanie gazów lub par do jak najwyzszej temperatury, oraz po¬ mieszczenie niezbednych do tego celu powierzchni przejmowania ciepla w jak najmniejszej przestrzeni. Cel ten wedlug wynalazku zostal osiagniety w ten sposób, ze gazy lub pary przepuszcza sie przez zloza elementów przewodzacych prad elektryczny, które nagrzewa sie przez indukcje elektromagnetyczna. Elementy te korzystnie sa wytworzone np. z metalu lub grafitu. Przenoszenie energii na zloze odbywa sie bezstykowo z uzwojenia pierwotnego, przez które przepuszcza sie prad przemienny. Jego czestotliwosc miesci sie w zakresie od 50 do 20 000 Hz, a korzystnie okolo 1000 do 10000 Hz. Zwykle jest tak, ze im wieksze sa wymiary tych elementów tym nizsza stosuje sie czestotliwosc.Korzystnie najwiekszy wymiar elementów zloza wynosi od 3 do 50 mm. Dobre wyniki osiaga sie w przy¬ padku zloza o elementach kulistych. Najkorzystniej stosuje sie zloze z kulek o zasadniczo jednakowej wielkosci, to jest o srednicach rózniacych sie najwyzej o 10% wzgledem siebie.'Kulki oprawie jednakowej wielkosci sa zasadniczo równomiernie rozmieszczone w zetknieciu ze soba, co ulatwia nagrzewanie zloza. Przy tym istotne znaczenie ma przenoszenie ciepla z kulki na kulke. Zloze kuliste oznacza równiez poprawe warunków przeply¬ wu dla nagrzewanego gazu, oraz osiagniecie wysokiego wspólczynnika przejmowania ciepla przy niewielkim spadku cisnienia.Przy doborze materialu na elementy nalezy miec na uwadze jego chemiczne powinowactwo do nagrzewa¬ nego gazu. W przypadku nagrzewania elementów do wysokiej temperatury, nalezy uwazac na to, aby temperatura ta byla wystarczajaco nizsza od temperatury topnienia. Korzystnie elementy nagrzewa sie do temperatury co najwyzej o300°C nizszej od temperatury topnienia. Nastepujace temperatury gazu mozna uzyskac przez na¬ grzewanie go elementami z nastepujacych materialów: do 1100°C-elementami niklowymi, do 1600°C-elementami chromowymi i do 2300°C-elementami molibdenowymi.2 108978 Zloze jest umieszczone w rurze lub pojemniku o sitowym dnie, wykonanym z materialu zle lub zupelnie nieprzewodzacego pradu elektrycznego. Stosuje sie wiec nan np. szklo lub ceramike.Przedmiot wynalazku jest blizej objasniony w przykladzie wykonania na podstawie rysunku, na którym jest przedstawione urzadzenie do nagrzewania gazu, w przekroju podluznym.Poprzez obudowe cisnieniowa 1 jest przewleczona rura 2. Wruize 2 znajduje sie dno sitowe 3, a na nim zloze.4 z kulek przewodzacych prad elektryczny. Stykajace sie kulki zloza sa na rysunku przedstawione za pomoca kropek. Wokól ruiy 2, w zakresie zloza 4 jest umieszczone uzwojenie pierwotne 5 grzejnika indukcyj¬ nego. Zloze 4 stanowi uzwojenie wtórne.Uzwojenie pierwotne 5 jest wykonane ze zwojów rur miedzianych, pizez które pizeplywa nie tylko prad elektryczny przemienny lecz równiez ciecz chlodzaca, np. woda. Z uzwojenia pierwotnego 5 sa wyprowadzone rury miedziane 6 i 7 na zewnatrz obudowy cisnieniowej,przy czym wotwoize przechodzacym przez obudowe cisnieniowa 1 rura 7 otacza wspólosiowo rure 6. Ciecz chlodzaca jest doprowadzana z zewnatrz rura 6, a rura 7 sluzy dojej odprowadzania na zewnatrz.Obie rury 6 i 7 sa polaczone z generatorem 8 pradu przemiennego, z którego odbiera prad uzwojenie pierwotne 5.Wewnatrz obudowy cisnieniowej 1 rura 2 jest wykonana z materialu nieprzewodzacego pradu, np. ze szkla lub ceramiki, aby uniknac strat indukcyjnych. Czesc wlotowa 10 i czesc wylotowa 11 tej rury jest wykonana ze stali. W rurze 2 wewnatrz obudowy cisnieniowej 1 jest ponadto zaznaczona strefa reakcyjna 12, w której zostaja przetworzone gazy nagrzane w zlozu 4. W strefie reakcyjnej 12 korzystnie jest umieszczony katalizator w celu przyspieszenia reakcji pomiedzy skladnikami gazu. Gaz bedacy produktem tych reakcji odciaga sie poprzez otwór wylotowy 11.Jesli gaz przeplywajacy przez rure 2 wykazuje pewne nadcisnienie, to korzystnie nadcisnienie to kompen¬ suje sie odpowiednim cisnieniem w obudowie cisnieniowej 1.W celu umozliwienia utrzymywania pozadanego cisnienia w obudowie cisnieniowej 1 i niedopuszczania do przeciazania rury 2, do obudowy cisnieniowej 1 tloczy sie gaz ochronny przewodem 14 za pgmoca sprezarki 13.Gaz kierowany poprzez otwór wlotowy 10 do zloza 4, poczatkowo je§zcze dosc chlodny, ulega stopnio¬ wemu nagrzaniu podczas przechodzenia przez zloze 4. Celowym jest wiec dostarczenie do zloza 4 w poblizu dna sitowego 3 mniejszej ilosci energii, aby nie dopuscic do przegrzania kulek lub innych elementów przewodzacych prad elektryczny. Zmniejszenie przeplywu energii do zloza, zgodnie z rysunkiem, osiaga sie w tym zakresie przez zastosowanie wiekszej odleglosci pomiedzy zwojami uzwojenia pierwotnego w poblizu dna sitowego niz tam, gdzie gaz jest jeszcze stosunkowo chlodny.Przyklad'I. W dostosowaniu do skali laboratoryjnej nagrzewane bylo 50 Nm3/h wodoru od 20 do 1000°C. Moc grzejna, przeznaczona do przenoszenia, wynosila okolo 18 kW. W przypadku zastosowania znanego ukladu rur grzejnych, o przeplywie wewnetrznym do elektrycznego nagrzewania oporowego, trzeba uzyc rur o srednicy 12 mm i o grubosci scianki 2 mm oraz o dlugosci 4 m, i to wykonanych ze stali niklowo-chromowej.Przy tym do obliczenia dlugosci rury przyjeta byla róznica temperatury pomiedzy scianka rury a gazem wyno¬ szaca 100°C.Jesli natomiast zastosuje sie grzejnik wedlug wynalazku, to wystarczy uzyc rury ceramicznej lub szklanej o srednicy 70 mm i wysokosci okolo 20 cm. W rurze tej znajdowalo sie dno sitowe oraz zloze o wysokosci 30 mm, zawierajace kulki niklowe o jednakowej srednicy 5 mm. Uzwojenie pierwotne o 8 zwojach odbieralo z generatora prad ©.czestotliwosci 10000 Hz. Róznica temperatury pomiedzy zlozem a gazem zostala ustalona co najmniej 300°C.Przyklad II. Jesli, analogicznie do przykladu I, bedzie sie nagrzewac 50 Nm3/h powietrza od tem¬ peratury 20°C do 1000°C, to trzeba bedzie przylozyc elektryczna moc grzejna wynoszaca 19 kW.W przypadku zastosowania znanego ukladu rurowego, opisanego w przykladzie I, trzeba uzyc cztery rury o dlugosci 4,3 m kazda. Natomiast w przypadku zastosowania zloza kulkowego w rurze szklanej, opisanego równiez w przykladzie I, wysokosc tego zloza wyniesie tylko 110 mm.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób nagrzewania gazów lub par, poprzez bezposrednia wymiane ciepla z nagrzanymi powierzchniami, znamienny tym, ze gazy lub pary kieruje sie poprzez zloze elementów przewodzacych prad elektryczny,108978 3 które nagrzewa sie przez indukcje elektromagnetyczna. 2. Sposób wedlug zastrz, 1, znamienny tym, ze stosuje sie elementy zloza, których najwiekszy wymiar wynosi okolo 3 do 50 mm. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie elementy zloza, majace ksztalt zasa¬ dniczo kulek o srednicy rózniacej sie co najwyzej 10% wzgledem siebie. 4. Urzadzenie do nagrzewania gazów lub par, poprzez bezposrednia wymiane ciepla z nagrzanymi powierz¬ chniami, znamienne tym, ze zawiera zloze (4) elementów przewodzacych prad elektryczny, które jest umieszczone wewnatrz pierwotnego uzwojenia (5) pieca indukcyjnego. 5. Urzadzenie wedlug zastrz. 4, znamienne t y m„ ze zloze (4) jest umieszczone w rurze lub po¬ jemniku z dnem przepuszczajacym gaz, przy czym rura ta, lub pojemnik ten jest wykonana z materialu nie-lub zle przewodzacego prad elektryczny. 6. Urzadzenie wedlug zastrz. 4 albo 5, znamienne tym, ze zwoje uzwojenia pierwotnego (5) sa w poblizu otworu wylotowego dla gazu umieszczone w wiekszej odleglosci wzgledem siebie niz w poblizu otworu wlotowego dla gazu. 7. Urzadzenie wedlug zastrz. 4, znamienne tym, ze grzejnik indukcyjny i dolaczony don reaktor sa wspólnie umieszczone w obudowie cisnieniowej. PL

Claims (7)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób nagrzewania gazów lub par, poprzez bezposrednia wymiane ciepla z nagrzanymi powierzchniami, znamienny tym, ze gazy lub pary kieruje sie poprzez zloze elementów przewodzacych prad elektryczny,108978 3 które nagrzewa sie przez indukcje elektromagnetyczna.
2. 2. Sposób wedlug zastrz, 1, znamienny tym, ze stosuje sie elementy zloza, których najwiekszy wymiar wynosi okolo 3 do 50 mm.
3. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie elementy zloza, majace ksztalt zasa¬ dniczo kulek o srednicy rózniacej sie co najwyzej 10% wzgledem siebie.
4. 4. Urzadzenie do nagrzewania gazów lub par, poprzez bezposrednia wymiane ciepla z nagrzanymi powierz¬ chniami, znamienne tym, ze zawiera zloze (4) elementów przewodzacych prad elektryczny, które jest umieszczone wewnatrz pierwotnego uzwojenia (5) pieca indukcyjnego.
5. 5. Urzadzenie wedlug zastrz. 4, znamienne t y m„ ze zloze (4) jest umieszczone w rurze lub po¬ jemniku z dnem przepuszczajacym gaz, przy czym rura ta, lub pojemnik ten jest wykonana z materialu nie-lub zle przewodzacego prad elektryczny.
6. 6. Urzadzenie wedlug zastrz. 4 albo 5, znamienne tym, ze zwoje uzwojenia pierwotnego (5) sa w poblizu otworu wylotowego dla gazu umieszczone w wiekszej odleglosci wzgledem siebie niz w poblizu otworu wlotowego dla gazu.
7. 7. Urzadzenie wedlug zastrz. 4, znamienne tym, ze grzejnik indukcyjny i dolaczony don reaktor sa wspólnie umieszczone w obudowie cisnieniowej. PL