DE29513487U1

DE29513487U1 - Durchlauferhitzer mit elektrischen Heizstäben

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Publication number: DE29513487U1
Application number: DE29513487U
Authority: DE
Original assignee: SEICO IND ELEKTROWAERME GmbH
Current assignee: SEICO IND ELEKTROWAERME GmbH
Priority date: 1994-08-25
Filing date: 1995-08-22
Publication date: 1995-10-12
Anticipated expiration: 2005-08-23
Also published as: DE9413737U1

Description

Durchlauferhitzer mit elektrischen Heizstäben

Die Erfindung betrifft einen Durchlauferhitzer mit elektrischen Heizstäben gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.

Für die Beheizung der Fahrgasträume von Oberleitungsbussen ist es aufgrund bestehender Sicherheitsvorschriften (VEAB) zwingend erforderlich, eine doppelte elektrische Isolierung zwischen elektrischen, an Oberleitungsspannung liegenden Heizdrähten des Heizstabes und dem als Wärmeträger dienenden Fluid vorzusehen.

Hierzu schreibt die Sicherheitsvorschrift eine erste elektrische Isolation für 3875 V bei 50 Hz und eine zweite elektrische Isolation für 2500 V bei 50 Hz vor,

Es ist bekannt, die erste elektrische Isolation zwischem dem an Spannung liegenden Heizdraht und dem diesen umfassenden stabförmigen Metallmantel einzubringen. Als Isoliermaterial wird z. B. Magnesiumoxyd verwendet. Der Heizdraht, das den Heizdraht umgebende Isoliermaterial und der das ganze aufnehmende stabförmige Metallmantel bilden den Heizstab.

Die zweite elektrische Isolation wird durch einen äquidistanten Luftspalt von wenigstens 10 mm zwischen dem Heizstab und dem zugeordneten Hüllrohr gebildet.

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Dies führt jedoch unter Berücksichtigung der Anzahl der anzuordnenden Heizstäbe zu räumlich groß bauenden Durchlauferhitzern, was bei modernen Bussen, insbesondere bei Niederflurbussen störend ist, da die Raumverhältnisse als Durchmesser für die Durchlauferhitzer einschließlich deren Wärmeisolierung weniger als 300 mm zulassen.

Zudem erfordern die Maßnahmen zur Verhinderung einer Kondensatbildung innerhalb des Luftspaltes und somit eines elektrischen Überschlages einen erheblichen Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Durchlauferhitzer gemäß der im Oberbegriff des Anspruches l angegebenen Art derart weiterzubilden, daß bei erheblicher Verbesserung der elektrischen Isolierung ein wesentlicher Raumgewinn, eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Wärmeübertragung und eine Verminderung der elektrischen Überschlagsgefahr erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.

Infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung ist der Zwischenraum zwischen jedem Heizstab und dem zugeordneten Hüllrohr vollständig mit elektrisch isolierendem Material ausgefüllt, wodurch die elektrische Überschlagsgefahr minimiert und die Voraussetzungen für einen wesentlichen Raumgewinn geschaffen werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung überragt jedes Ende des elektrisch isolierenden Materials das Ende jedes Hüllrohres.

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Weiterhin ist es zweckmäßig, daß jedes Ende des Heizstabes das Ende des elektrisch isolierden Materials überragt.

Auf diese Weise wird eine günstige Einbettung des elektrisch isolierenden Materials in das Hüllrohr erzielt, insbesondere dann, wenn das den Heizstab umgebene elektrisch isolierende Material an jedem Ende wenigstens 10 mm langer als das Hüllrohr ist und wenn der Heizstab an jedem Ende wenigstens 10 mm langer als das elektrisch isolierende Material ist.

Das elektrisch isolierende Material kann dabei aus Quarz, Magnesiumoxyd und/oder keramischen Werkstoffen bestehen.

In der Praxis hat es sich insbesondere als zwecksmäßig erwiesen, daß die Enden des elektrisch isolierenden Materials durch keramische Zylinder gebildet werden. In axialer Richtung des Heizstabes können zudem beabstandet keramische Zentrierringe vorgesehen sein. Der Rest des Zwischenraumes ist dann beispielsweise mit verdichtetem Magnesiumoxyd vollständig ausgefüllt. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß die Wärme des Heizdrahtes des Heizstabes durch Wärmeleitung optimal übertragen wird. Dadurch ist es möglich, die Anzahl der Heizstäbe bei gleicher Leistung auf 1/3 gegenüber bisher bekannten Ausführungen zu reduzieren. Durch die Verdichtung des Magnesiumoxyds werden sowohl die erforderlichen elektrischen Isolationswerte erreicht als auch die eben genannte hervorragende Wärmeleitung ermöglicht.

Des weiteren wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Durchlauferhitzers eine erhebliche Verbesserung der elektrischen Isolation und eine Reduzierung des Aufwandes zur atmosphärischen

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Abdichtung bei gleichzeitigem erheblichem Raumgewinn erreicht.

Im Hinblick auf bisher bekannte Durchlauferhitzer mit einem Luftspalt von mindestens 10 mm für jeden Heizstab weist der erfindungsgemäße Durchlauferhitzer nunmehr lediglich einen den Zwischenraum bildenden Ringspalt von 3,5 mm für jeden Heizstab auf. Auch bei Erfüllung aller Sicherheitsvorschriften benötigt der erfindungsgemäße Durchlauferhitzer einen Durchmesser von nicht größer als 210 mm.

Bildet ein Quarzrohr das elektrisch isolierende Material, so hat dies den Vorteil, daß durch den geringen Abstand zwischen Heizstab und Hüllrohr die Energiedichte der Wärmestrahlung ansteigt. Obwohl die Strahlung um die vom Quarzrohr absobierte Strahlung ein wenig reduziert wird, kann die Temperatur der Heizstäbe geringer als bisher gehalten werden, was sich auf die Lebensdauer günstig auswirkt.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen nur teilweise dargestellten Längsschnitt durch einen Durchlauferhitzer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 30

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Durchlauferhitzer gemäß der Linie II - II in Fig. 1, und

Fig. 3 eine Detailansicht im Schnitt des Heizstabes des elektrisch isolierenden Materials und des

Hüllrohres gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

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In den Figuren 1 und 2 ist ein Durchlauferhitzer 10 dargestellt, der einen zylinderischen Außenbehälter und einen koaxial zum Außenbehälter 12 angeordneten zylinderischen Innenbehälter 14 aufweist. Der Außenbehälter 12 besteht bei dieser Ausführungsform beispielsweise aus zwei miteinander verbundenen Halbschalen 16 und 18.

Der Innenbehälter 14 wird von einem als Wärmeträger dienenden Fluid, hier Wasser, durchflossen. An den Stirnseiten des Innenbehälters 14 sind Anschlußstutzen 20 vorgesehen, die mit dem hier nicht dargestellten Heizrohrsystems eines Fahrgastraumes eines Oberleitungsbusses verbunden sind.

In den - in Fig. 1 nur teilweise dargestellten - Raum zwischen Außenbehälter 12 und Innenbehälter 14 ist Wärmdämmaterial 22 eingebracht, um einen vorzeitigen Wärmeverlust zu vermeiden.

In dem Innenbehälter 14 befinden sich mehrere, jeweils zur Achse des Innenbehälters 14 im gleichen radialen Abstand angeordnete sowie zu dieser Achse parallel ausgerichtete Hüllrohre 24, die fluidisch dicht mit den Stirnseiten des Innenbehälters 14 verbunden sind. In diesen Hüllrohren 24 ist jeweils ein Heizstab 26 angeordnet. Der Heizstab 26 besteht dabei aus einem Heizdraht 28, den Heizdraht 28 umgebenden ersten elektrisch isolierenden Material, nämlich Magnesiumoxyd 30, und einen das Ganze aufnehmenden stabförmigen Metallmantel 32.

Jeder Heizstab 26 ist von einem dünnwandigen Quarzrohr 34 umgeben, das den freien Raum zwischen der Innenmantelfläche des Hüllrohres 24 und der Außenmantelfläche des Heizstabes 26 vollständig

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ausfüllt. Jedes Ende eines Quarzrohres 34 überragt das Ende eines jeden Hüllrohres 24.

Wie aus Fig. 1 ebenfalls ersichtlich ist, überragt jedes Ende des Heizstabes 26 das Ende eines jeden Quarzrohres 34. Die Wandstärke des Quarzrohres 34 sowie die Überstandslängen sind so bemessen, daß eine elektrische Isolierung zwischen Hüllrohr 24 und Heizstab 26 für wenigstens 2500 V bei 50 Hz erreicht wird.

Jeder Heizstab 26 des Durchlauferhitzers 10 ist an eine elektrische Stromversorgung angeschlossen. Dieser Heizstab 26 wird beim Betrieb des Durchlauferhitzers auf eine maximale Temperatur von rund 900° C aufgeheizt. Die dabei entstehende Wärme wird durch Strahlung über das Quarzrohr 34 auf das zugeordnete Hüllrohr 24 übertragen.

Das als Wärmeträger dienende Fluid umspült die Hüllrohre 24 im Innenbehälter 14 auf der gesamten Länge und wird dadurch aufgeheizt, über die Austrittsstutzen 20 wird das Fluid zur Beheizung des Fahrgastraumes in das Heizungsrohrsystem geleitet und über einen Eintrittsstutzen 20 wieder zurück in den Innenbehälter 14 geführt.

Der vorgesehene überstand des elektrisch isolierenden Materials 34 und der Heizstäbe 26 gewährleistet, daß auch bei thermisch bedingter Längung des Hüllrohres eine ausreichende elektrische Isolierung zwischen dem Heizstab 26 und dem Hüllrohr 24 vorhanden ist.

In Fig. 3 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines elektrisch isolierenden Materials zwischen dem Heizstab 26 und dem Hüllrohr 24 in einer Detailschnittdarstellung gezeigt.

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Das elektrisch isolierende Material besteht aus keramischen Zylindern 36 und keramischen Ringen 38 sowie aus verdichtetem Magnesiumoxyd 40. Die keramischen Zylinder 36 und Ringe 38 dienen zur Zentrierung des Heizstabes 26 in dem Hüllrohr 24. Der übrige Zwischenraum ist mit dem verdichteten Magnesiumoxyd 40 vollständig ausgefüllt.

Bei der Herstellung des Hüllrohres 24 mit dem Heizstab 26 wird zunächst ein keramischer Zylinder 36 auf den Heizstab 26 aufgebracht. Der Heizstab 26 mit dem aufgebrachten keramischen Zylinder 36 wird sodann bereichsweise in das Hüllrohr 24 eingebracht. Der keramische Zylinder 36 bildet auf diese Weise ein Ende des elektrisch isolierenden Materials und überragt ein Ende des Hüllrohres 24. Der Heizstab 26 überragt wiederum das Ende des keramischen Zylinders 36.

Anschließend wird Magnesiumoxyd in den verbleibenden Ringspalt zwischen Hüllrohr 24 und Heizstab 26 eingebracht und verdichtet. Dann kommt auf das verdichtete Magnesiumoxyd 40 ein keramischer Ring 38 zum weiteren Zentrieren des Heizstabes 26 in dem Hüllrohr 24. Dann wird wieder Magnesiumoxyd 40 in den verbleibenden Ringspalt eingebracht. Diese Verfahrensschritte wiederholen sich so lange, bis im wesentlichen das andere Ende des Hüllrohres 24 erreicht ist.

Der restliche verbleibende Ringspalt zwischen Hüllrohr 24 und Heizstab 26 und dem verdichteten Magnesiumoxyd 40 wird entsprechend dem anderen Ende mit einem keramischen Zylinder 36 verschlossen.

Auch dieser keramische Zylinder 36 ragt über das ein Ende des Hüllrohres 24 hinaus, ebenso wie ein Ende des Heizstabes 26 über ein Ende dieses keramischen

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Zylinders 36 hinausragt.

Besonders vorteilhaft ist diese Konstruktion, da die Wärmeübertragung vom Heizstab 26 auf das Hüllrohr nunmehr durch Wärmeleitung erfolgt. Durch das ausgewählte Material bleibt aber die notwendige elektrische Isolation des metallischen Hüllrohres gegenüber dem Metallmantel 32 des Heizstabes trotzdem erhalten.

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Bezugszeichenliste

10 Durchlauferhitzer

12 Außenbehälter

14 Innenbehälter

16 Halbschale

18 Halbschale

20 Anschlußstutzen

22 Wärmedämmaterial

24 Hüllrohr

26 Heizstab

28 Heizdraht

30 Magnesiumoxyd

32 Metallmantel

34 Quarzrohr

36 Keramischer Zylinder

38 Keramischer Ring

40 Magnesiumoxyd

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Claims

Schutzansprüche

1. Durchlauferhitzer (10) mit elektrischen Heizstäben (26) als Wärmeerzeuger für ein Fluid-Kreislaufsystem, insbesondere für die Beheizung des Fahrgastraumes eines Oberleitungsbusses, wobei jedem Heizstab (26) über einen Zwischenraum ein Hüllrohr

(24) elektrisch isoliert zugeordnet ist, das Teil eines das aufzuheizende, als Wärmeträger dienende Fluid aufnehmenden Behälters (14) ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen jedem Heizstab (26) und dem zugeordneten Hüllrohr (24) vollständig mit elektrisch isolierendem Material ausgefüllt ist.

2. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch isolierende Material jedes Ende des Hüllrohres (24) überragt.

3. Durchlauferhitzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ende des Heizstabes (26) das Ende des elektrisch isolierenden Materials (34, 36, 38, 40) überragt.

4. Durchlauferhitzer nach einem der vorangehenden Ansprüche gekennzeichnet durch Quarz, insbesondere ein Quarzrohr (24), als elektrisch isolierendes Material.

5. Durchlauferhitzer nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch verdichtetes Magnesiumoxyd (30, 40) als elektrisch isolierendes Material.

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6. Durchlauferhitzer nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch keramischen
Werkstoff (36, 38) als elektrisch isolierendes Material.

7. Durchlauferhitzer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
elektrisch isolierende Material mit in axialer Richtung des Heizstabes (26) beabstandet

angeordneten keramischen Ringen (38) und mit
verdichtetem Magnesiumoxyd (30) versehen ist.

8. Durchlauferhitzer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des elektrisch isolierenden Materials als keramische Zylinder (36) ausgebildet sind.

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