PT97083A

PT97083A - OHMIC HEATER

Info

Publication number: PT97083A
Application number: PT97083A
Authority: PT
Inventors: David Preston Simpson; Robert Stirling
Original assignee: Electricity Ass Services Ltd
Priority date: 1990-04-10
Filing date: 1991-03-20
Publication date: 1993-04-30
Also published as: GB9008095D0; EP0451416B1; DE69002936D1; ATE93605T1; DE69002936T2; GB2243064A; EP0451416A1; JPH05322308A; ES2045827T3

Abstract

An ohmic heater comprises at least two electrodes 1 contained within a vessel 2 such that the electrodes lie along the length of the vessel 2. The vessel 2 has inlet and outlet ports 4 and 12 in the top and bottom through which a fluid to be heated flows, passing through the vessel 2 along the length of the vessel 2. The electrodes 1 are equally spaced about the axis of the vessel 2 and when in use, are connected to a power supply, such that the total voltage at any point in time at the electrodes is near or at zero. Hence, when in use, a current passes perpendicular to the flow of the fluid, but the electric potential on the axis is near to zero, and hence the leakage current from the ohmic heater is substantially reduced.

Description

72 039 REC/JDC/P34485/015 -2-72 039 REC / JDC / P34485 / 015 -2-

MEMÓRIA DESCRITIVADESCRIPTIVE MEMORY

Este invento refere-se a um aquecedor óhmico, que aquece um fluido fazendo passar uma corrente eléctrica através do fluído» Este tipo de aquecedor é utilizado para fluídos que exigem um aquecimento» mas que podem incrustar ou bloquear os aquecedores convencionais» São conhecidos arranjos em que se faz passar a corrente longitudinalmente» ou na direcção de fluxo do fluído» Nestes dispositivos» no entanto» devido ao fluxo desigual do fluido no recipiente» existe um aquecimento desigual do fluido» São igualmente conhecidos os aquecedores óhmicos transvei— sais em que se faz passar a corrente transversalmente entre eléc-trodos» ou perpendicularmente ao fluxo do fluido» Nestes arranjos» no entanto» pode passar alguma corrente para componentes ligados à terra no aparelho» tal como as extremidades dos tubos de ligação para» e do aquecedor» Isto é chamado uma perda de corrente» e pode dar origem a níveis inaceitavelmente elevados de coi— rosao electrolítica ou incrustações nas extremidades dos tubos que transportam estas correntes - 0 presente invento proporciona um aquecedor óhmico para aquecimento de um fluido» compreendendo um vaso» tendo bocais de entrada e saída» entre os quais flui um fluido, quando em utilização, ao longo de um eixo, pelo menos dois eléctrodos dispostos de rnodo a ficarem espaçados em torno do dito eixo de fluxo e contidos dentro do dito vaso, e meios para fornecerem energia eléctrica aos ditos eléctrodos, de tal modo que o potencial eléctrico em qualquer altura no dito eixo é substancialmente zero em relação à terra»This invention relates to an ohmic heater which heats a fluid by passing an electric current through the fluid. This type of heater is used for fluids which require heating but which can encrust or block conventional heaters. in which the chain is passed longitudinally or in the direction of flow of the fluid. In such devices, however, due to unequal flow of the fluid in the vessel, there is an uneven heating of the fluid. Transversal ohmic heaters are also known. causes the current to be passed transversely between electrodes' or perpendicularly to the flow of the fluid. In these arrangements, however, some current may be passed to components grounded in the apparatus' such as the ends of the connecting tubes for 'and the heater. is called a loss of current "and may give rise to unacceptably high levels of coagulant electrolyte The present invention provides an ohmic heater for heating a fluid comprising a vessel having inlet and outlet nozzles between which a fluid flows when in use over a predetermined period of time. an axis, at least two electrodes arranged to be spaced about said flow axis and contained within said vessel, and means for supplying electrical energy to said electrodes, such that the electric potential at any point on said axis is substantially zero relative to the ground '

Este arranjo tem a vantagem do fluído ao longo do eixo de fluxo ser mantido no, ou perto do potencial da terra, de modo que a perda de corrente para as extremidades do tubo é significativamente reduzida»This arrangement has the advantage that the fluid along the flow axis is maintained at or near the earth potential so that the loss of current to the ends of the tube is significantly reduced.

72 039 REC/JDC/P34485/015 “3” 0 vaso é, de preferência, electricamente isolador e os ditos eléctrodos estão adjacentes às paredes do vaso. Os ditos eléctrodos podem ser dispostos de modo a prolongarem-se paralelos ao dito eixo do dito fluxo do fluido, onde a condutividade eléetrica do fluido permanece relativamente constante ao longo do comprimento dos eléctrodos, na direcção do fluxo, de modo a proporcionar uma densidade de corrente uniforme ao longo do comprimento.The vessel is preferably electrically insulating and said electrodes are adjacent the walls of the vessel. Said electrodes may be arranged to extend parallel to said axis of said fluid flow, wherein the electrical conductivity of the fluid remains relatively constant along the length of the electrodes, in the flow direction, so as to provide a density of uniform current along the length.

Em alternativa, os ditos eléctrodos podem ser dispostos, de modo que a sua separação transversal em relação ao dito eixo aumenta ao longo do dito eixo na direcção do fluxo do dito fluido. Este arranjo compensa o aumento linear da condutividade com a temperatura, aumentando a separação dos eléctrodos, mantendo assim uma densidade de corrente uniforme ao longo do comprimento.Alternatively, said electrodes may be arranged such that their transverse spacing relative to said axis increases along said axis in the direction of flow of said fluid. This arrangement compensates for the linear increase in conductivity with temperature, increasing the separation of the electrodes, thereby maintaining a uniform current density along the length.

Serão agora descritos exemplos do invento, com referência aos desenhos anexos, nos quaisπ a Figura 1 é uma vista em corte longitudinal de um aquecedor óhmico, de acordo com uma concretização do presente invento? a Figura 2 é uma vista em corte transversal de um aquecedor óhmico, de acordo com a concretização ilustrada na Figura 1; a Figura 3 é uma vista em corte longitudinal de um aquecedor óhmico, de acordo com uma outra concretização do presente invento; e a Figura 4 é uma vista em corte longitudinal de um aquecedor óhmico, de acordo com uma concretização adicional do presente invento. A Figura 5 é uma vista em corte longitudinal de um aquecedor óhmico, de acordo ainda com rnais outra concretização do presente invento.Examples of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 is a longitudinal cross-sectional view of an ohmic heater, in accordance with one embodiment of the present invention; Figure 2 is a cross-sectional view of an ohmic heater, according to the embodiment shown in Figure 1; Figure 3 is a longitudinal cross-sectional view of an ohmic heater, according to another embodiment of the present invention; and Figure 4 is a longitudinal cross-sectional view of an ohmic heater, in accordance with a further embodiment of the present invention. Figure 5 is a longitudinal cross-sectional view of an ohmic heater, in accordance with yet another embodiment of the present invention.

72 039 REC/J0C/P34485/015 -4~ A Figura 6 é uma vista em corte transversal de um aquecedor óhmico» de acordo com uma outra concretização do invento.Figure 6 is a cross-sectional view of an ohmic heater according to another embodiment of the invention.

Referindo agora as Figuras 1 e 2» estes desenhos ilustram uma concretização do presente invento» em que os eléctrodos 1 estão dispostos de modo a estarem paralelos ao fluxo do fluido que vai ser aquecido. 0 vaso 2 compreende três partes; - um corpo principal cilíndrico 2a» uma placa de extremidade de topo 2b» e uma placa de extremidade de fundo 2c. A placa de extremidade de topo 2b tem uma flarige 3a que está ligada com uma flange superior 3b do corpo principal cilíndrico 2a» por parafusos. A placa de extremidade de fundo 2c tem uma flange 3d que está ligada a uma flange inferior 3c do corpo principal cilíndrico 2a» também por parafusos» As três partes são desta forma unidas uma às outras para formarem em conõunto o vaso 2» estanque à água» 0 vaso 2 é construído a partir de um material adequado» electricamente isolador e com uma espessura de parede tal» de modo a suportar adequadamente as pressões internas aplicadas ou geradas no aquecedor - por exemplo» por qualquer tendência do fluido a ferver. A placa de extremidade de topo 2b tem um bocal de saída 4 no centro» A superfície interna da placa de extremidade de topo 2b torna-se cónica a partir do diâmetro interno do corpo principal cilíndrico 2a para o diâmetro do bocal de saída 4. 0 bocal de saída 4 é disposto de modo a formar uma ligação com um tubo de saída 5 pelo acoplamento das flanges 6 e 7 do bocal de saída 4 e do tubo de saída 5» respectivamente»Referring now to Figures 1 and 2, these drawings illustrate one embodiment of the present invention wherein the electrodes 1 are arranged so as to be parallel to the flow of the fluid to be heated. The vessel 2 comprises three parts; - a cylindrical main body 2a, a top end plate 2b, and a bottom end plate 2c. The end end plate 2b has a flange 3a which is connected with an upper flange 3b of the cylindrical main body 2a by screws. The bottom end plate 2c has a flange 3d which is attached to a lower flange 3c of the cylindrical main body 2a 'also by screws. The three parts are thus joined together to form the watertight vessel 2' The vessel 2 is constructed from a suitable electrically insulating material and having a wall thickness such as to suitably withstand the internal pressures applied or generated in the heater - for example by any tendency of the fluid to be boiled. The end end plate 2b has an outlet nozzle 4 in the center. The inner surface of the top end plate 2b becomes tapered from the inner diameter of the cylindrical main body 2a to the diameter of the outlet nozzle 4. outlet nozzle 4 is arranged so as to form a connection with an outlet pipe 5 by the coupling of the flanges 6 and 7 of the outlet nozzle 4 and of the outlet pipe 5 'respectively'

Existe um anel de protecção 8» que rodeia o tubo de saída 4» dentro da flange 6» que é ligado electricamente à terra através de um casquilho metálico 9.There is a protective ring 8 'which surrounds the outlet pipe 4' within the flange 6 'which is electrically connected to the earth through a metal bush 9.

As extremidades superiores dos três eléctrodos 1 em forma de vareta» com espaços regulares à volta da superfície superior daThe upper ends of the three rod-shaped electrodes 1 with regular spaces around the upper surface of the

72 039 REC/JDC/P34485/015 -5- placa de extremidade de topo 2b, projectam-se através da placa de extremidade de topo 2b para o vaso 2. Os eléctrodos 1 e a placa de extremidade de topo 2b são selados para evitar a perda de fluido do vaso 2 pelos vedantes 17- Os eléctrodos 1 prolongam-se paralelos ao eixo do vaso 2 e têm extremidades opostas localizadas em orifícios abertos na face interna da placa de extremidade de fundo 2c» Quando em utilização, os eléctrodos 1 são ligados electricamente por fios 10 a uma fonte de energia trifásica (não mostrada). Os eléctrodos 1 estão espaçados igualmente, e na Figura 2 podem ser vistos assentes nos vértices de um triângulo equilátero, em que o centro do triângulo equilátero caí no eixo do vaso 2, que é igualmente o eixo de fluxo do fluido a ser aquecido., 0 placa de extremidade de fundo 2c, tem forma semelhante à placa de extremidade de topo 2a e compreende um bocal de entrada 12, com um anel de protecção 13, um casquilho metálico 14 e uma flange 15- 0 bocal de entrada 12 está ligado a um tubo de entrada 11 pela ligação das flanges 15 e 16 do bocal de entrada e do tubo de entrada 11, respectivamente-The top end plate 2b projects through the top end plate 2b to the vessel 2. The electrodes 1 and the top end plate 2b are sealed to prevent the loss of fluid from the vessel 2 by the seals 17. The electrodes 1 extend parallel to the axis of the vessel 2 and have opposing ends located in open holes in the inner face of the bottom end plate 2c. When in use, the electrodes 1 are connected electrically by wires 10 to a three-phase power source (not shown). The electrodes 1 are equally spaced, and in Figure 2 they can be seen seated at the vertices of an equilateral triangle, wherein the center of the equilateral triangle falls on the axis of the vessel 2, which is also the flow axis of the fluid to be heated. The bottom end plate 2c is similar in shape to the top end plate 2a and comprises an inlet nozzle 12, with a protective ring 13, a metal bush 14 and a inlet nozzle 15- is connected to an inlet pipe 11 by the connection of the flanges 15 and 16 of the inlet nozzle and the inlet pipe 11 respectively-

Quando em funcionamento, o fluido a ser aquecido passa para o tubo de entrada 11 e flui através do vaso 2, para o tubo de saída 5- A dírecção do fluxo do fluido é indicada nos desenhos por setas. Para se aquecer uniformemente o fluido, a condutividade eléctrica do fluido tem de ser relativamente uniforme ao longo do comprimento dos eléctrodos 1„ Isto pode ser obtido, quer seleccionando um fluído a ser aquecido, para o qual a condutividade eléctrica não se altere muito com uma grande variação de temperatura, quer limitando a gama de temperaturas, à qual o fluido é aquecido, de modo que a alteração na condutividade eléctrica seja pequena-When in operation, the fluid to be heated passes into the inlet pipe 11 and flows through the vessel 2, into the outlet pipe 5. The flow rate of the fluid is indicated in the drawings by arrows. In order to uniformly heat the fluid, the electrical conductivity of the fluid must be relatively uniform along the length of the electrodes 1. This may be obtained either by selecting a fluid to be heated for which the electrical conductivity does not change much with a large variation in temperature, either limiting the temperature range at which the fluid is heated, so that the change in electrical conductivity is small-

Enquanto o fluido passa nos eléctrodos 1, os eléctrodos 1 são alimentados com energia, através da ligação a uma fonte de energia trifásica (não mostrada)-While the fluid passes through the electrodes 1, the electrodes 1 are energized by connecting to a three-phase (not shown)

Uma voltagem conveniente para ser utilizada pode ser 415 V-A voltage suitable for use may be 415 V-

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Dado que a condutividade eléctrica do fluido a ser aquecido é, substancialmente, constante ao longo de qualquer secção plana do volume aquecido, perpendicular ao eixo do vaso 2, serão mantidas correntes eléctricas iguais fase-a-fase entre estes três eléctrodos 1, uma vez que estão dispostos com separações iguais» Isto proporciona correntes de fase equilibradas, como é exigido para uma fonte de energia trifásíea» A maior vantagem desta geometria, é o facto do centro do triângulo equilátero formado pelos três eléctrodos 1 se manter sempre no nível normal da voltagem electricamente neutra das três voltagens de fase eléctricas aplicadas aos eléctrodos 1, ou muito perto do mesmo, se se mantiver um equilíbrio de corrente entre os mesmos, do modo acima explicado» Os tubos de entrada e de saída 11 8 5 são proporcionados em cada extremidade do vaso 2, coaxialmente ao vaso 2 e ao centro dos eléctrodos 1, e por isto os eixos destes tubos 5 e 11 assentarão igualmente ao longo de linhas de voltagem final ou de potencial eléctrico zero relativamente à terra»Since the electrical conductivity of the fluid to be heated is substantially constant along any flat section of the heated volume, perpendicular to the axis of the vessel 2, equal electrical currents will be maintained phase-by-phase between these three electrodes 1, once which are arranged with equal separations. This provides balanced phase currents as required for a three-phase power source. The major advantage of this geometry is that the center of the equilateral triangle formed by the three electrodes 1 always remains at the normal level of the electrically neutral voltage of the three electrical phase voltages applied to the electrodes 1, or very close to it, if a current balance is maintained therebetween, as explained above. The inlet and outlet tubes 1185 are provided in each case. the end of the vessel 2, coaxially to the vessel 2 and the center of the electrodes 1, and therefore the axes of these tubes 5 and 11 will also lie along lines of final voltage or zero electrical potential relative to ground '

Embora possam ser utilizados quaisquer processos convencionais de medição e controlo da temperatura do fluido, uma vez que os eixos dos tubos 5 e 11 são mantidos ao potencial da terra ou perto do mesmo, pode ser utilizado um termopar revestido a metal na corrente de saída»Although any conventional fluid temperature measurement and control processes can be used, since the axes of the tubes 5 and 11 are held at or near the earth potential, a metal-coated thermocouple can be used in the output stream '

As dimensões do aparelho são tais que a separação mútua dos eléctrodos 1 na sua disposição triangular é, substancialmente, maior que os diâmetros dos tubos de entrada e saída 11 e 5 e, consequentemente, é evidente que o nível de voltagem correspondente à periferia destes tubos 5 e 11 será muito baixo, quando comparado com a voltagem dos eléctrodos e pode, por escolha adequada das dimensões ser reduzido para um valor insignificante» Oeste modo, uma perda de corrente pequena, ou mesmo desprezável, poderia ser obrigada a fluir, a partir de cada eléctrodo 1, entre os tubos 5 e 11, nas placas de extremidade 2b e 2c do vaso 2, uma vez que a sua voltagem varia de um modo sinusoidal no tempo, em volta de um nível médio (zero), correspondente ao valor deThe dimensions of the apparatus are such that the mutual separation of the electrodes 1 in their triangular arrangement is substantially greater than the diameters of the inlet and outlet tubes 11 and 5 and consequently it is evident that the voltage level corresponding to the periphery of these tubes 5 and 11 will be very low compared to the voltage of the electrodes and may, by appropriate choice of dimensions be reduced to an insignificant value. Incidentally, a small or even negligible current loss could be required to flow from of each electrode 1 between the tubes 5 and 11 on the end plates 2b and 2c of the vessel 2, since its voltage varies sinusoidal in time, around a mean level (zero), corresponding to the value in

72 039 REC/J0C/P34485/015 ~7- voltagem axial do vaso 2«The axial voltage of the vessel 2 '

Na prática, estas perdas de corrente,, mesmo se muito pequenas em proporção à corrente principal do aquecedor óhmico, podem dar origem a níveis inaceitavelmente elevados de corrosão electrolí tica ou incrustações nos tubos 11 e 5, que transportariam estas correntes- Para reduzir ainda mais os níveis destas perdas de corrente» as porções metálicas ou de condução das extremidades dos tubos 11 e 5 são ligadas às placas de extremidade 2b e 2c a uma distância adequada dos eléctrodos 1, aumentando deste modo o comprimento do circuito da corrente para esta região electricamente neutra, e reduzindo, proporcionalmente, a perda de corrente que flui- Adicionalmente, os anéis de protecção 8 e 13 de material adequado - que pode ser o mesmo material utilizado para formar os eléctrodos do aquecedor - podem ser montados na extremidade de cada tubo 5 e 11, de um modo tal que proteja ou evite que o material do tubo transporte qualquer corrente; todas as perdas de corrente que fluem para os anéis de protecção 8 e 13- Apreciai—se-á que» com um equilíbrio perfeito de fase entre os três eléctrodos principais 1 do aquecedor óhmico e as distâncias idênticas do eléctrodo 1 aos anéis de protecção 8 e 13, obtidas por uma geometria adequada do aquecedor óhmico, qualquer perda de corrente de cada eléctrodo 1 para os anéis de protecção 8 e 13 em cada extremidade do vaso 2 será exactamente igual em amplitude de pico à de qualquer outro eléctrodo 1- Nestas circunstâncias, é um aspecto bem conhecido do dispositivo trifásico equilibrado que a corrente final que flui (para os anéis de protecção 8 e 13) será zero - a corrente de entrada de qualquer eléctrodo 1 será exactamente equilibrada pela soma da corrente de saída para os outros dois eléctrodos em qualquer instante de tempo- Não há» assim, nenhuma exigência absoluta de ligar» quer o anel de protecção 8, quer o anel de protecção .13 a um ponto ligado à terra ou neutro da alimentação eléctrica do aquecedor óhmico, embora pudesse ser uma prática aconselhável ligar esses anéis de protecção 8 e 13 ao dispositivo neutro, e desejável por razões de segurança que a ligação mútua anel de protecção/rieutro fosse o ponto principal de ligação à terra do aquecedor óhmico- Em qualquer caso, se fossem utilizados 72 039 REC/JDC/P34485/015 8-In practice, these current losses, even if very small in proportion to the main current of the ohmic heater, can give rise to unacceptably high levels of electrolytic corrosion or scale in pipes 11 and 5 which would carry these currents- To further reduce the levels of these current losses' the metal or conducting portions of the ends of the tubes 11 and 5 are connected to the end plates 2b and 2c at a suitable distance from the electrodes 1, thereby increasing the length of the current circuit for this region electrically In addition, the protective rings 8 and 13 of suitable material - which may be the same material used to form the heater electrodes - may be mounted to the end of each tube 5 and 11, in such a way as to protect or prevent the tube material from carrying any current; all current losses flowing to the protective rings 8 and 13. It will be appreciated that with a perfect phase balance between the three main electrodes 1 of the ohmic heater and the identical distances of the electrode 1 to the protective rings 8 and 13, obtained by a suitable geometry of the ohmic heater, any loss of current from each electrode 1 to the protective rings 8 and 13 at each end of the vessel 2 will be exactly equal in amplitude to that of any other electrode 1- In these circumstances , it is a well known aspect of the balanced three-phase device that the final flowing current (for the protective rings 8 and 13) will be zero - the input current of any one electrode will be exactly balanced by the sum of the output current for the other two electrodes at any instant of time. There is thus no absolute requirement to connect either the protective ring 8 or the protective ring 13 to a point 1 However, it would be advisable to connect these protective rings 8 and 13 to the neutral device, and it is desirable for safety reasons that the mutual protective ring / rim connection was the main point of contact with the electrical supply of the ohmic heater. In any case, if they were used 72 039 REC / JDC / P34485 / 015 8-

tubos de ligação metálicos ao vaso 2, estes exigiriam uma ligação à terra, e seguii—se-ia que os anéis de protecção 8 e 13 ficariam ligados electricamente a estes tubos e à terra.metal connecting pipes to the vessel 2 would require a ground connection, and it would be seen that the protective rings 8 and 13 would be electrically connected to these pipes and to earth.

Os eléctrodos 1 e os anéis de protecção 8 e 13 podem ser feitos de qualquer material adequado, que seja compatível com as / propriedades químicas e electroquímicas do fluido a ser aquecido. Existirá, geralmente, um limite superior para a densidade de corrente, que qualquer material de eléctrodo/fluido de trabalho particular suportará quer sem danificar a porção de transporte de corrente do eléctrodo, quer provocar a decomposição do fluido, quer por outro lado, reagir na superfície do eléctrodo e formar um depósito de incrustação na superfície, afectando negativamente deste modo o funcionamento do aquecedor óhtnico. As dimensões do aquecedor óhmico,, e em particular os espaçamentos mútuos do eléctrodo 1 e as distâncias do eléctrodo 1 aos anéis de protecção 8 e 13, necessitarão de ser escolhidas de um modo tal para limitar os fluxos de corrente para níveis que a combinação eléctrodo/fluido possam suportar. Verificou-se que materiais de eléctrodo adequados que funcionarão com sucesso com uma gama ampla de fluidos industriais, são o titânio com platina e vários materiais à base de grafite.The electrodes 1 and the protective rings 8 and 13 may be made of any suitable material which is compatible with the chemical and electrochemical properties of the fluid to be heated. There will generally be an upper limit for current density which any particular electrode / working fluid material will withstand without either damaging the electrode carrying portion of the electrode or causing the decomposition of the fluid or otherwise reacting in the electrode. surface of the electrode and form a deposit of scale on the surface, thereby adversely affecting the operation of the microwave heater. The dimensions of the ohmic heater, and in particular the mutual spacings of the electrode 1 and the distances from the electrode 1 to the protective rings 8 and 13, will need to be chosen in such a way to limit the current flows to levels that the electrode combination can withstand. It has been found that suitable electrode materials that will work successfully with a wide range of industrial fluids are titanium with platinum and various graphite based materials.

Para fluidos tendo condutividades eléctricas semelhantes às da água de torneira vulgar, as dimensões adequadas para os componentes do aquecedor óhmico podem ser diâmetros de eléctrodo de aproximadamente 50 mm, com um espaçamento mútuo de 100 mm entre os centros. Os eléctrodos 1 podem estar contidos num alojamento tubular com cerca de 200 mm de diâmetro e 1000 mm de comprimento. Podem ser utilizados os tubos 5 e 11 para a extremidades do aquecedor de 25 mm de diâmetro, rebaixados aproximadamente 50 mm dentro das placas de extremidade Isoladoras 2b e 2c do aquecedor óhmico para reduzir as correntes de perda. Um tal aquecedor óhmico absorveria uma potência trifásica equilibrada totalizando cerca de 10 kw.For fluids having electrical conductivities similar to those of ordinary tap water, suitable dimensions for the ohmic heater components may be electrode diameters of approximately 50 mm, with a mutual spacing of 100 mm between centers. The electrodes 1 may be contained in a tubular housing of about 200 mm in diameter and 1000 mm in length. Tubes 5 and 11 may be used for the heater ends 25 mm in diameter, lowered approximately 50 mm into the insulating end plates 2b and 2c of the ohmic heater to reduce the loss currents. Such an ohmic heater would absorb a balanced three-phase power totaling about 10 kw.

Verificou-se que um processo conveniente de ajustamento da corrente que flui entre os eléctrodos, neste tipo de aquecedor,It has been found that a convenient process of adjusting the current flowing between the electrodes, in this type of heater,

72 039 REC/JD0/P34485/015 -9-quando a condutividade eléctrica do fluído aquecido se mostra superior ao esperado, é aplicar um comprimento apropriado de tubagem termo-retráctil ou outra tubagem isoladora com ajustamento apertado, para cobrir um comprimento definido de cada eléctrodo» Não foram verificados, em testes, efeitos deletérios, quer nos eléctrodos, quer no material de tubagem, e as correntes absorvidas de cada fase da alimentação podem ser fácil e exactamente ajustadas» Tal tubagem isoladora 46 está mostrada na Figura 5 nas extremidades superiores dos eléctrodos»When the electrical conductivity of the heated fluid is shown to be higher than expected, an appropriate length of heat shrink tubing or other tightly fitting insulation tubing is provided to cover a defined length of each Electrodes No deleterious effects on the electrodes or tubing material have been checked for testing and the absorbed currents of each phase of the feed can be easily and accurately adjusted. Such insulation tubing 46 is shown in Figure 5 at the upper ends two electrodes »

Verificou-se ser conveniente montar o vaso 2 do aquecedor óhmico com o seu eixo vertical, de modo quaisquer gases desenvolvidos no volume aquecido possam ser facilmente evacuados através do bocal de saída 4 do vaso 2» De um modo semelhante, quaisquer partículas sólidas que possam passar para dentro do vaso 2, terão tendência para cair para a extremidade inferior da câmara do vaso, livres dos eléctrodos 1 de 415 V, obviando deste modo qualquer tendência dessas partículas diminuírem ou reduzirem a resistência dos circuitos de corrente principais que proporcionam o efeito de aquecimento no aparelho» Adicionalmente, é vantajoso, se as placas de extremidade superior e inferior 2b e 2c do vaso 2 forem rampeadas, como mostrado na Figura 1, de modo que o gás possa ser evacuado mais facilmente através do bocal de saída 4, e os sólidos terão a tendência para assentarem no eixo do vaso 2, perto do bocal de entrada 12» Os anéis de protecçao 8 e 13 em cada extremidade do vaso 2 podem ser simplesmente ligados à terra por meio de juntas metálicas adequadamente formadas 9 e 14, entrepostas entre os anéis de protecção 8 e 13 e as flanges de tubo 6, 7, 15 e 16 em cada extremidade do vaso» As três partes formando o vaso 2 podem ser construídas em material de plástico adequado, que suportará as condições de temperatura e pressão dentro do vaso, assim como qualquer acçâo corrosiva do fluido aquecido, ou, em alternativa, podem ser construídas em vidro ou aço revestido a esmalte, no caso de condições de trabalho particularmente difíceis»It has been found convenient to assemble the furnace vessel 2 with its vertical axis, so that any gases developed in the heated volume can be easily evacuated through the outlet nozzle 4 of the vessel 2. Similarly, any solid particles which may to pass into the vessel 2 will tend to fall to the lower end of the vessel chamber, free from the electrodes 1 of 415 V, thus obviating any tendency of such particles to decrease or reduce the resistance of the main current circuits which provide the effect of In addition, it is advantageous if the upper and lower end plates 2b and 2c of the vessel 2 are ramped, as shown in Figure 1, so that the gas can be more easily evacuated through the outlet nozzle 4, and the solids will tend to rest on the axis of the vessel 2 near the inlet nozzle 12. The protective rings 8 and 13 at each end of the vessel 2 are simply bonded to the ground by suitably formed metal joints 9 and 14 interposed between the protective rings 8 and 13 and the pipe flanges 6, 7, 15 and 16 at each end of the vessel. The three parts forming the vessel 2 may be constructed of suitable plastic material which will withstand the conditions of temperature and pressure within the vessel, as well as any corrosive action of the heated fluid, or alternatively may be constructed of glass or enamel coated steel, particularly difficult working conditions'

Um exemplo de uma outra concretização do presente invento é mostrado na Figura 3» Muitos dos componentes desta concretização 72 039 REC/JDC/P3448S/015 10An example of another embodiment of the present invention is shown in Figure 3. Many of the components of this embodiment 72 039 REC / JDC / P3448S / 015 10

são semelhantes aos já descritos anteriormente para a concretização anterior» No entanto, o vaso 20 compreende apenas duas partes, uma placa de extremidade superior 20a e um corpo principal cónico 20b, unidas uma à outra por parafusos através de flanges 22 e 23» Nesta concretização, a separação dos três eléctrodos aumenta à medida que o fluido aquecido passa através do vaso 20 do fundo para o topo, Deste modo, a densidade de corrente em qualquer ponto ao longo do comprimento de cada eléctrodo 21, pode ser mantida a um nível constante desejado, mesmo se a condutívídade eléctrica do fluido aquecido aumentar durante a sua passagem através do aquecedor. A razão dos diâmetros do círculo de passo das extremidades superior e inferior dos eléctrodos 21 devia, em geral, ser igual à razão das condutividades inicial e final do fluido aquecido, devendo entendei—se que a condutividade dos fluidos aumenta, em geral, de um modo linear com a temperatura, de modo que o espaçamento dos eléctrodos aumentando linearmente compensa exactamente este efeito, A temperatura do fluido aquecido aumenta mais ou menos linearmente com a distância durante a sua passagem ao longo do comprimento do vaso 20« É mostrada na Figura 4 uma concretização adicional do presente invento, na qual a condutividade se altera significativamente durante o ciclo de aquecimento» Aqui, são mostrados dois vasos 30 e 31, do mesmo tipo geral do mostrado na Figura 1, mas com diâmetros diferentes para cooperarem com a alteração da condutividade, que são juntos um ao outro por meio de uma placa adaptadora 32 construída em qualquer material isolador adequado» Se os eléctrodos com correlação geométrica 33a e 33b nas duas partes do aquecedor óhmico estiverem ligados à mesma fase da alimentação eléctrica, não haverá necessidade de proporcionar um anel de protecção na placa adaptadora 32, uma vez que as densidades de corrente que fluem em cada parte do aquecedor óhmico não serão amplamente afectadas pelas condições eléctricas da outra parte. Adicionalmente, a Figura 4 mostra meios de alternativos 34 e 35 para fazer a ligação eléctrica aos eléctrodos 33b inferiores, e para vedar estas ligações contra perdas de fluido» Os pinos de ligação 34 penetram na placa deare similar to those already described above for the previous embodiment. However, the vessel 20 comprises only two parts, an upper end plate 20a and a conical main body 20b, joined to each other by screws through flanges 22 and 23. In this embodiment , the separation of the three electrodes increases as the heated fluid passes through the bottom-to-top vessel 20. In this way, the current density at any point along the length of each electrode 21 can be maintained at a constant level even if the electric conductance of the heated fluid increases during its passage through the heater. The ratio of the pitch circle diameters of the upper and lower ends of the electrodes 21 should in general be equal to the ratio of the initial and final conductivities of the heated fluid, it being understood that the conductivity of the fluids is generally increased by a The temperature of the heated fluid increases more or less linearly with the distance during its passage along the length of the vessel 20. This is shown in Figure 4 a further embodiment of the present invention in which the conductivity changes significantly during the heating cycle. Here two vessels 30 and 31 of the same general type as shown in Figure 1 are shown, but with different diameters to cooperate with the change in the conductivity, which are joined together by means of an adapter plate 32 constructed of any suitable insulating material. geometrically-correlated leads 33a and 33b in the two parts of the ohmic heater are connected to the same phase of the power supply, there will be no need to provide a protective ring on the adapter plate 32, since the current densities flowing in each part of the heater will not be greatly affected by the electrical conditions of the other party. In addition, Figure 4 shows alternative means 34 and 35 for making electrical connection to the lower electrodes 33b, and to seal these connections against fluid loss. The connecting pins 34 penetrate the electrode plate.

72 039 REC/JDC/P34485/015 -11- extremidade de fundo 37 para se ligarem perpendicularmente à extremidade inferior dos eléctrodos 33b. A cabeça do pino de ligação 34 é ligada a fios 36 para proporcionar continuidade eléctrica entre os fios 36 e os eléctrodos 33b. Os pinos de ligação 34 e a placa de extremidade inferior 37 são vedados para evitarem a perda de fluido pelo vedante 35.The bottom end 37 to connect perpendicularly to the lower end of the electrodes 33b. The head of the connector pin 34 is attached to wires 36 to provide electrical continuity between the wires 36 and the electrodes 33b. The connector pins 34 and the lower end plate 37 are sealed to prevent loss of fluid by the seal 35.

Se forem requeridos mais do que dois estágios ou câmaras de aquecimento, podem ser juntos em série de uma maneira semelhante;, sendo as ligações eléctricas para as câmaras intermédias feitas radialmente através das placas adaptadoras apropriadas. As superfícies das placas adaptadoras 32 podem igualmente ter a forma acima descrita de um modo tal para promoverem o escape dos gases desenvolvidos, ou evitarem a acumulação de sólidos nestas placas 32. A Figura 5 mostra ainda uma concretização adicional do presente invento. Nesta concretização é ilustrada a versatilidade do invento, sendo o aquecedor utilizado como um aquecedor para reservatórios de líquido, como os utilizados em banhos para galvanoplastia ou de fosfatar. Convencionalmente, são utilizados permutadores de calor para esta aplicação, mas estes estão sujeitos a incrustações consideráveis. 0 vaso 42 é composto por um corpo de vaso 42a e uma placa de topo de vaso 42b, e é suspenso num reservatório 49 de líquido. Os eléctrodos 41 projectam-se através da placa de topo 42b para dentro do vaso 42, e estão ligados a uma alimentação de energia trifãsica (não mostrada) por fios 45. Não é proporcionado bocal de saída na placa de topo 42b como nas concretizações anteriores. Existe, em vez disso, um tubo de saída 48 proporcionado dentro do vaso 42 para -permitir ao fluido no topo do vaso 42 sair através da parede do corpo de vaso 42a.If more than two stages or heating chambers are required, they may be joined together in series in a similar manner; the electrical connections to the intermediate chambers being made radially through the appropriate adapter plates. The surfaces of the adapter plates 32 may also have the above-described shape in a manner such as to promote the escape of the developed gases or to prevent the accumulation of solids in these plates 32. Figure 5 further shows a further embodiment of the present invention. In this embodiment the versatility of the invention is illustrated, the heater being used as a heater for liquid reservoirs, such as those used in electroplating or phosphating baths. Conventionally, heat exchangers are used for this application, but these are subject to considerable fouling. The vessel 42 is composed of a vessel body 42a and a vessel top plate 42b, and is suspended in a liquid vessel 49. The electrodes 41 project through the top plate 42b into the vessel 42, and are connected to a three-phase power supply (not shown) by wires 45. No outlet nozzle is provided in the top plate 42b as in the previous embodiments . There is instead an outlet tube 48 provided within the vessel 42 to allow the fluid at the top of the vessel 42 to exit through the wall of the vessel body 42a.

No tubo de saída 48 e no bocal de entrada 50 são proporcionados dois conjuntos de anéis de protecção 43 e 44. Os anéis de protecção mais perto dos eléctrodos são os anéis de protecção neu-In the outlet tube 48 and in the inlet nozzle 50 two sets of protective rings 43 and 44 are provided. The protective rings closest to the electrodes are the neu-

72 039 asaegsp REC/JDC/P34485/015 12- tros 43, enquanto os mais longe são os anéis de protecçãéd ligados á terra- Proporcionando dois conjuntos de anéis de protecção permite-se que a corrente de perda seja medida e, consequentemente, monitorizada num transformador sensível, subtraindo a corrente de retorno neutral da soma das correntes de fase de linha- Com eléctrodos de aquecedor de 50 mm de diâmetro, 1000 mm de comprimento com 100 mm entre centros, que dissipam aproximadamente 20 kW com uma voltagem de 415 V, verificou-se que a corrente total de perda estava bem abaixo de 1 mA, suportando deste modo a reivindicação que a perda de corrente para as partes do equipamento ligadas à terra, através do fluido aquecedor é desprezável utilizando esta concepção.72 039 as well as the ground-to-ground protection rings. By providing two sets of protection rings, the leakage current is allowed to be measured and, consequently, monitored in a sensitive transformer, by subtracting the neutral return current from the sum of the line phase currents. - With 50 mm diameter, 1000 mm long, 100 mm intercenter heater electrodes dissipating approximately 20 kW with a voltage of 415 V , the total loss current was found to be well below 1 mA, thereby supporting the claim that the loss of current to the parts of the equipment connected to ground through the heater fluid is negligible using this design.

Nesta concretização do invento, a circulação do fluido é proporcionada por sifão térmico, em que a circulação ocorre devido ao abaixamento da densidade do fluido à medida que a sua temperatura sobe. Deste modo, à medida que a temperatura do fluido no vaso aumenta, sobe até ao tubo de saída 48 e é substituída no bocal de entrada 50 pelo fluido mais frio.In this embodiment of the invention, fluid circulation is provided by thermal siphon, wherein circulation occurs due to the lowering of the density of the fluid as its temperature rises. Thus, as the temperature of the fluid in the vessel increases, it rises to the outlet pipe 48 and is replaced in the inlet nozzle 50 by the cooler fluid.

Nesta concretização é ainda ilustrado um aspecto adicional. É utilizado um termopar 47 revestido a metal com ligação â terra para medir a temperatura do fluido que sai do aquecedor. Isto é possível desde que o eixo no tubo de saída 48 seja mantido ao potencial da terra ou perto do mesmo como anteriormente mencionado. A Figura 5 mostra igualmente a corrente de eléctrodo de ajustamento das mangas isoladoras 46 como anteriormente mencionado. 0 movimento destas mangas para cima ou para baixo ao longo do comprimento dos eléctrodos 41 faz variar as correntes de eléctrodo.In this embodiment, a further aspect is further illustrated. A grounded metal thermocouple 47 is used to measure the temperature of the fluid exiting the heater. This is possible provided that the shaft in the outlet pipe 48 is maintained at or near the earth potential as mentioned above. Figure 5 also shows the adjusting electrode current of the insulation sleeves 46 as mentioned above. The movement of these sleeves up or down along the length of the electrodes 41 varies the electrode currents.

Embora em todas as concretizações anteriormente mencionadas, os eléctrodos tenham sido mostrados assentes dentro da cavidade do vaso, quando se pretende aquecer fluidos viscosos, poderá ser vantajoso montar os eléctrodos contra a parede isoladora do vaso. Isto é vantajoso por não ser proporcionada área por detrás dosAlthough in all of the above embodiments the electrodes have been shown to lie within the vessel cavity, when it is desired to heat viscous fluids, it may be advantageous to mount the electrodes against the vessel insulation wall. This is advantageous because no area is provided behind the

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eléctrodos onde a matéria em forma de partículas no fluido possa ficar presa» A Figura 6 mostra um arranjo deste tipo utilizando uma vista em corte transversal semelhante à da Figura 2. 0 corte transversal dos eléctrodos 54 tem uma forma„ de modo que a sua face traseira fique coincidente com a parede do vaso 52- 0 número 53 índica o bocal de entrada- Com este arranjo, pode ser mais conveniente fazer as ligações eléctricas aos eléctrodos na face traseira dos eléctrodos através da parede do vaso com arranjos de vedação adequados» Isto permite uma transição de superfície mais suave entre os bocais de entrada e saída, e reduz a possibilidade dos sólidos em suspensão se alojarem à volta dos eléctrodos- Isto é, evidentemente, da maior importância com fluidos viscosos ou que transportem sólidos-Figure 6 shows an arrangement of this type using a cross-sectional view similar to that of Figure 2. The cross-section of the electrodes 54 is shaped so that its face With this arrangement, it may be more convenient to make the electrical connections to the electrodes on the rear face of the electrodes through the wall of the vessel with suitable sealing arrangements. allows a smoother surface transition between the inlet and outlet nozzles, and reduces the possibility of suspended solids lodged around the electrodes. This is of course of major importance with viscous or solid-

Claims

An oil heater for heating a fluid characterized in that it comprises a vessel having inlet and outlet nozzles between which a fluid flows when in use along an axis at least two electrodes arranged so as to be spaced about said flow axis and contained within said vessel and means for supplying electrical energy to said electrodes such that the electrical potential at any one time on said axis is substantially zero relative to ground .

An ohmic heater according to claim 1, characterized in that said vessel is electrically insulating.

An ohmic heater according to claim 1 or 2, characterized in that said electrodes are arranged to extend parallel to said flow axis.

An ohmic heater according to claim 1 or 2, characterized in that said electrodes are arranged in such a way that their transverse separation with respect to said axis increases along said axis in the direction of flow of said fluid.

An ohmic heater according to claim 2 or 3, characterized in that each said electrode has a rear surface adjacent the wall of said vessel.

An ohmic heater according to any one of the preceding claims, comprising three of said electrodes, characterized in that each of said electrodes receives a single phase from a three-phase source when in use.

An ohmic heater according to any one of the preceding claims, characterized in that said inlet and outlet nozzles are located at opposite ends of said vessel, said nozzles having an area substantially less than the cross-sectional area of said vessel. 72 039 REC / JDC / P34485 / 015-15- A & T '

An ohmic heater according to any one of the preceding claims, characterized in that it further comprises an electrically conductive, protective ring positioned to lie around the periphery of each of said nozzles'

An ohmic heater according to any one of the preceding claims, characterized in that the part surface of each of the electrodes is covered by a movable insulating material -

An ohmic heater according to any one of the preceding claims, characterized in that said vessel is arranged such that the flow of the fluid is anti-gravitational-

An ohmic heater according to any one of the preceding claims, comprising at least two said coaxially coupled reservoirs, characterized in that the spacing of said electrodes is larger in said successive reservoirs along the flow direction of said fluid-

An ohmic heater according to claim 11, characterized in that said electrodes in equivalent geometrical positions in each said vessel are electrically connected together-

A method of heating a fluid in an ohmic heater, characterized by comprising the steps of passing a fluid to be heated along a flow axis through a vessel and energy-fed electrodes, spaced in tori from said axis in such a way that the electrical potential at any one time on said axis is substantially zero relative to ground-

A method as claimed in claim 13, characterized in that the current between said electrodes can be varied by adjusting the position of an insulating material partially covering the surface of said electrodes - 16--72 039 REC / JDC / P3448S / 015 Lisbon, 2Π. 1% ¾ ELECTRICITY ASSOCIATION ΙΟΝ. SERVICES LIMITED - 0 OFFICIAL OFFICER -