Vorrichtung zuin elektrischen Erhitzen von Flüssigkeiten. Bei rein konzentrischer Anordnung zweier Metallzylinder als Elektroden bei einem elek trischen Dampfkessel oder Warmwassererzeu- ger ergibt sieh, analog eiriem konzentrisehen Kabel, das in Fig. <B>1</B> gestrichelt gezeich nete Stromlinienbild. Die Stromfäden ver laufen radial vom Innen- zum Aussenzylin der. Die maximale Stromdichte und somit das maximale Spannungsgefälle liegt am Innen zylinder.
Die Kurve der Volt pro cm in Fig. <B>1</B> (Hyperbel) zeigt die Änderung des Spannungs gefälles mit wachsender Entfernung vom In nenzylinder. Die Werte gelten für einen Ra dius des Innenzylinders ri # <B>1</B> cm, für ein Radienverhältnis
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und für eine Span nungsdifferenz zwischen den beiden Elektro den von<B>500</B> Volt. Da für die elektrische Festigkeitsrechnung nur die Punkte höchster Beanspruchung bestimmend sind, so ist er sichtlich, dass bei konzentrischer Anordnung der Baustoff (beim Kabel: das Dielektrikum, beim elektrischen Dampfkessel: das Wasser) unwirtschaftlich ausgenützt ist.
Für ein Ka- bel, bei dem es sich nur um Verschiebungs ströme handelt, genügt die Kenntnis-der Volt pro cm Kurve. Beim Dampfkessel treten<B>je-</B> doch wirkliche Ströme auf, so dass #or allem die Kurve der Leistungsv-erteilung ermittelt werden muss. Bekanntlich äussert sich beim elektrischen Dampfkessel bei konzentrischer Anordnung das Überschreiten der Bruchgrenze dadurch, dass die Belastung am Innenzylinder so hoch getrieben wird, dass ein momentanes Verdampfen der die Innenelektrode umgeben den Flüssigkeitsschicht eintritt.
Aus dem elek trischen Dampfkessel ist ein Unterbrecher geworden, da jetzt ähnliche Verhältnisse als beim Wehnelt und Simon Unterbrecher ge geben sind.
Bezeichnet<B>a</B> den Widerstand von<B>1</B> cem Wakiser, so ist die Leistung, die in diesem cem in Wärme umgesetzt wird,
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Die Kurve der Watt pro cem in Fig. <B>1</B> stellt diese Werte dar (für<B>a</B> # <B>1000</B> Ohm). Das Verhältnis der Leistung in ccm am Innen- zylinder zur Leistung am Aussenzylinder ist <B>25 : 1</B> (# Radienverhältnis im Quadrat). Die Bildung der Dampf blasen gestaltet die Leistungsverteilung noch ungünstiger.
Diesel ben entstehen naturgemäss am Innenzylinder infolge der höheren Watt pro cem in weit grösserer Menge und bewirken hier durch Quersehnittsverminderung erhöhte Stroindichte und damit erhöhtes Spannungs- und Leistungs gefälle. Aus allen diesen Gründen lässt sich bei rein konzentrischer Anordnung die Be triebsspannung nicht allzu hoch treiben.
Die vorliegende Erfindung strebt in, die Nachteile der rein konzentrischen Anordnung zu kompensieren. Zu diesem Zwecke wird die Oberfläche des Aussenzylinders gleich oder annähernd gleich der des Innenzylinders ge macht, so dass an beiden Elektroden gleiche Stromdichten auftreten.
Praktisch lässt sich dies durch Abdecken mit Isolationsmaterial von entsprechenden Oberflächenteilen der Au- fa'erielektrode erreichen. Fig. 2 zeigt ein Aus führungsbeispiel<B>-</B> a<B>=</B> die Innenelektrode, bi, <B>b2,</B> b3, b4 sind die für die Stromleitung zur Verfügung stehenden Obeiflächenteile des Au ssenzylinders, die in ihrer Gesamtoberfläche <B>=</B> a gehalten sind.
Cl, C2, CS, <I>C4</I> sind die mit Isolationsmaterial abgedeckten Teile des Au.- ssenzylinders. Hierdurch wird die gestrichelt gezeichnete Stromverteilung _erzielt. Ebenso sind für eine Strömung.2differenz von<B>500</B> Volt ri <B>== 1</B> ein und
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die charakteristi- sehen Kurven von Volt pro cm und Watt pro ecin entwickelt.
Ein Vergleich beider Systeme zeigt, dass die Maximalwerte der Watt pro cem von Fig. <B><I>1</I></B> durch die Anordnung nach Fig. 2 erst bei mehr als doppelter Betriebsspannung erreicht werden. Die Anordnung nach Fig. 2 nähert sich so ziemlich dem Idealzustand, bei wel- chem sich die Spannung gleichmässig auf die Strecke zwischen den beiden Elektroden ver teilt.
Zweckmässig wird die Cs'rundfläche des die Flüssigkeit enthaltenden Gefässes ebenfalls mit Isolationsmaterial bekleidet, so dass sich kein Nebenschluss zwischen der Elektrode a und der metallischen Grundfläche bilden kann.
Das zur Abdeckung der Elektrodenfläche verwendete Isolationsinaterial wird zweek- mässig aus solchem Stoff gebildet, dass es gleichzeitig als Wärmesehutz dient.
Device for the electrical heating of liquids. In the case of a purely concentric arrangement of two metal cylinders as electrodes in an electric steam boiler or hot water generator, analogously to a concentric cable, the streamline diagram shown in FIG. 1 with dashed lines results. The stream threads run radially from the inner to the outer cylinder. The maximum current density and thus the maximum voltage gradient is on the inner cylinder.
The curve of volts per cm in FIG. 1 (hyperbola) shows the change in the voltage gradient with increasing distance from the inner cylinder. The values apply to a radius of the inner cylinder ri # <B> 1 </B> cm, for a radius ratio
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and for a voltage difference between the two electrodes of <B> 500 </B> volts. Since only the points of highest stress are decisive for the electrical strength calculation, it is clear that with a concentric arrangement the building material (in the case of cables: the dielectric, in the case of an electric steam boiler: the water) is uneconomically used.
For a cable that is only concerned with displacement currents, it is sufficient to know the volts per cm curve. In the case of steam boilers, real currents actually occur, so that # above all the curve of the power distribution must be determined. As is well known, when the electric steam boiler is arranged concentrically, the exceeding of the breaking limit is manifested by the fact that the load on the inner cylinder is so high that the liquid layer surrounding the inner electrode is momentarily evaporated.
The electric steam boiler has become an interrupter, since the situation is now similar to that of the Wehnelt and Simon interrupter.
If <B> a </B> denotes the resistance of <B> 1 </B> cem Wakiser, then the power that is converted into heat in this cem is
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The curve of watts per cem in Fig. <B> 1 </B> represents these values (for <B> a </B> # <B> 1000 </B> ohms). The ratio of the power in ccm on the inner cylinder to the power on the outer cylinder is <B> 25: 1 </B> (# radius ratio in the square). The formation of steam bubbles makes the power distribution even more unfavorable.
These naturally occur in far greater quantities on the inner cylinder due to the higher watts per cem and, by reducing the cross-section, cause an increased flow density and thus an increased voltage and power gradient. For all of these reasons, the operating voltage cannot be driven too high with a purely concentric arrangement.
The present invention seeks to compensate for the disadvantages of the purely concentric arrangement. For this purpose, the surface of the outer cylinder is made the same or approximately the same as that of the inner cylinder, so that the same current densities occur at both electrodes.
In practice, this can be achieved by covering corresponding surface parts of the exterior electrode with insulation material. Fig. 2 shows an exemplary embodiment <B> - </B> a <B> = </B> the inner electrode, bi, <B> b2, </B> b3, b4 are the surface parts available for the power line of the outer cylinder, which are held in their total surface <B> = </B> a.
Cl, C2, CS, <I> C4 </I> are the parts of the outer cylinder that are covered with insulation material. The current distribution shown in dashed lines is thereby achieved. Likewise, for a flow. 2 difference of <B> 500 </B> Volt ri <B> == 1 </B> a and
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the characteristic curves of volts per cm and watts per ecin are developed.
A comparison of the two systems shows that the maximum values of the watts per cem from FIG. The arrangement according to FIG. 2 almost approaches the ideal state in which the voltage is evenly distributed over the distance between the two electrodes.
The round surface of the vessel containing the liquid is expediently also covered with insulating material so that no shunt can form between the electrode a and the metallic base surface.
The insulation material used to cover the electrode surface is made of such a substance that it also serves as thermal protection.