DE1802729B2 - Vorrichtung zum Erhitzen von Flüssigkeiten beziehungsweise Gasen - Google Patents

Description

USA.-Patentschrift 25 96327 die Form der Rippen so gewählt ist, daß die Temperatur der Rippe selbst im wesentlichen gleichförmig ist, sind die Rippen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung so ausgebildet, daß die Temperatur der Rohrwand »m wesentlichen gleichförrr.ig ist Wie im Nachstehenden noch näher erläutert werden wird, ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Temperatur der Rippen selbst nicht annähernd gleichförmig.

Das Rohr oder die Rohre sind vorteilhafterweise in einem wärmeisolierenden Gehäuse, beispielsweise in einem Behälter, untergebracht, der mit einem nichtmetallischen, feuerfesten Material ausgekleidet ist Die Wände des Gehäuses können von der Strahlung des Rohres oder der Rohre abgesehen noch erhitzt werden, um die Wärmeverluste des Rohres oder der Rohre zu verringern. Die Innenfläche des Gehäuses wird jedoch vorteilhafterweise auf einer Temperatur gehalten, die unter der Temperatur der Außenfläche des Rohres oder der Rohre liegt, da der sich ergebende Strahlungsverlust der Rohre die maximale Stromstärke erhöht, die in der Rohrwand ohne eine Überhitzung fließen kann. Hierdurch wird es möglich, die Menge des verwendeten Metalls noch weiter zu verringern. Die optimale Kühlung hängt von einem Gleichgewicht zwi- sehen den Gewichtseinsparungen an Metall einerseits und dem erhöhten Stromverbrauch andererseits ab.

Die Bedeutung der Maßnahme, daß dk. Innenfläche des Gehäuses auf einer Temperatur gehalten wird, die unter der Temperatur der Außenfläche des oder der Rohre liegt, läßt sich noch besser durch die Betrachtung einer Vorrichtung mit einem Rohr verstehen, das mit Innenrippen aus einem lamellenförmigen Material versehen ist, das die gleiche Dicke wie die Wand des Rohres hat Die Wanddicke des Rohres ist klein im Vergleich zum Rohrdurchmesser. Wenn man davon ausgeht, daß das Rohr und die Rippen völlig aus einem einzigen Material bestehen und der Einfluß der eventuell vorhandenen freien Kanten der Rippen vernachlässigt und die Tatsache außer acht gelassen wird, daß der ausgesetzte Bereich der Innenfläche des Rohres durch die am Rohr befestigten Rippen verringert wird, ist der Oberflächenbereich der Rippen, welcher der Flüssigkeit oder dem Gas pro Volumeneinheit der Rippe ausgesetzt ist, zweimal so groß wie der Flächenbereich der Wand, welcher der Flüssigkeit oder dem Gas pro Volumeneinheit der Wand ausgesetzt ist Andererseits ist die Wärmeerzeugung pro Volumeneinheit des Metalls die gleiche wie bei den Rippen und der Wand des Rohres. Wenn daher die Innenfläche des Gehäuses auf der gleichen Temperatur wie die Außenfläche des Rohres gehalten wird, so daß kein Wärmeverlust des Rohres durch Wärmestrahlung an die Wände des Gehäuses vorliegt, muß die Rohrwand an die Flüssigkeit oder das Gas Wärme mit einer Menge pro Flächeneinheit der ausgesetzten Fläche abgeben, die doppelt so groß wie die entsprechende Wärmemenge bei den Rippen ist. Die Temperatur der Rohrwand muß daher beträchtlich höher als die Temperatur der Rippen sein, so daß die Rippen unterhalb der optimalen Temperatur liegen unu daher nicht bei der maximalen Wärmeabgabe pro Volumeneinheit des Metalls arbeiten. Ein beträchtlicher Verlust an Metall liegt vor, wenn die betrachtete Stelle stromab eines der beiden Punkte liegt, an denen die Rippen groß sind, so daß das Volumen der Rippen pro Längeneinheit des Rohres größer sein kann als das Volumen der Rohrwand pro Längeneinheit des Rohres. Obgleich die Temperatur der Rippen !eicht erhöht werden kann, indem lediglich die Dicke der Rippen erhöhi wird, während ihre Gesamtquerschnittsfiäche unverän dert bleibt, wird hierdurch nicht die abgegebene War memenge pro Volumeneinheit des Metalls der Ripper erhöht, so daß hierdurch kein Metall gespart wird Wenn die Anordnung so getroffen wird, daß das Rohi Wärme an die Wände des Gehäuses abstrahlt, ist e: andererseits möglich, Metall zu sparen, da Rippen mii kleinerer Querschnittsfläche ausreichen, um zu verhin dem, daß die Rohrwand die gewünschte maximale Temperatur übersteigt

Die Durchsatzmenge der Flüssigkeit oder des Gase; durch das Rohr, die Größe des zwischen den beider Punkten angelegten elektrischen Potentials und die Form der Rippen sind so ausgelegt daß die Tempera tür der Innenfläche des dem Strömungsmedium ausge setzten Rohres überall zwischen den beiden Punkter mit Ausnahme in der unmittelbaren Nähe des strom aufwärts liegenden Punktes im wesentlichen einheitlich ist

Die Form der Rippen kann in weitem Umfang variie ren. Dies ist hauptsächlich deshalb der Fall, weil die Wärmemenge, die in einer Rohrwand mit einer vorge gtbenen kurzen Länge entsteht für alle Formen vor Rippen mit der genannten kurzen Länge gleich ist, wel ehe über die kurze Länge den gleichen, gesamten Lei tungsquerschnitt für den elektrischen Strom ergeben Wenn man somit den Einfluß vernachlässigt, den eine Formänderung der Rippen auf den Wärmeübergang zwischen den Rippen und der Rohrwand oder auf der Wärmeübergang zu dem durch das Rohr fließender Strömungsmedium haben kann, bleibt bei jeder Form änderung der Rippen, welche den Gesamtquerschniti unverändert läßt, auch die Temperatur der Innenfläche der Rohrwand unverändert Auf der anderen Seite führt jede Formänderung der Rippen, die eine Erhö hung der dem Strömungsmedium ausgesetzten Ober fläche pro Längeneinheit des Rohres zur Folge hat aber den Gesamtquerschnitt unverändert läßt, zu einei Temperatursenkung der Rippen. Um sicherzustellen daß die Rippen keine zu hohe Temperatur erreichen braucht man daher nur dafür zu sorgen, daß die Ripper eine ausreichend große Oberfläche im Verhältnis zu ih rem Querschnitt haben.

Die Rippen werden vorzugsweise aus lamellenförmi gern Material hergestellt wobei die beiden Flächen dei lamellenförmigen Materials der Flüssigkeit oder den: Gas ausgesetzt sind. Die Dicke des lamellenförmiger Materials kann im wesentlichen gleich der Wanddick« des oder der Rohre sein. Wenn die Rippen aus lamel lenförmigem Material hergestellt werden, dessen beid( Flächen der Flüssigkeit oder dem Gas ausgesetzt wer den, sind die dem Strömungsmedium ausgesetzter Oberflächen der Rippen direkt proportional dem vor den Rippen gebildeten Leitungsquerschnitt für der elektrischen Strom. Wenn unter diesen Umständen da für gesorgt wird, daß die Temperatur der Ripper stromab eines der beiden Punkte im wesentlicher gleich der Temperatur der Rohrwand ist, stellt mar fest, daß die Temperatur der Rippen längs des Rohre: gegen die Strömungsrichtung abnimmt, wenn die Rip pen so ausgelegt sind, daß die Temperatur der Rohr wand über die Rohrlänge im wesentlichen konstan bleibt. Obgleich die Temperaturänderung der Ripper über die Länge des Rohres vermieden oder herabge setzt werden kann, indem die Dicke der Rippen erhöh und gleichzeitig die Oberfläche unter Beibehaltung de Leitungsquerschnittes für den Strom herabgesetzt wird

führt die verbesserte Gleichförmigkeit der Temperatur in den Rippen nicht zu einer Einsparung von Metall.

Die Rippen bestehen vorteilhafterweise mit dem Rohr oder den Rohren aus einem Stück. Dies kann jedoch zu baulichen Schwierigkeiten führen, weshalb die Rippen auch getrennt hergestellt und an dem Rohr oder den Rohren beispielsweise durch Schweißen befestigt werden können.

Die Rippen können geradlinige oder ebenflächige Rippen sein, die mit ihrer Längsseite parallel zur Rohrachse verlaufen und mit ihrer Breitseite von der Rohrwand radial nach innen vorstehen. Die Breite der Rippen nimmt in Strömungsrichtung der Flüssigkeit oder des Gases zu. Jedes Rohr kann auch ein rohrförmiges Element aufweisen, das koaxial zum Rohr angeordnet und an der Rohrwand mit Hilfe von ebenflächigen Rippen befestigt ist, deren Längsseiten parallel zur Rohrachse und deren Breitseiten radial verlaufen, wobei die Anzahl der Rippen für eine bestimmte Strecke entlang der Länge des Rohres stufenweise in Strömungsrichtung der Flüssigkeit oder des Gases zunimmt Die Rippen brauchen jedoch nicht unbedingt mit ihrer Längsseite parallel zur Rohrachse zu verlaufen, sie können auch beispielsweise einer Schraubenlinie folgen, wobei die Achse der Schraubenlinie mit der Rohrachse zusammenfällt.

Um den Aufbau der Vorrichtung zu vereinfachen, weist die Rohrwand zwischen den beiden Punkten vorteilhafterweise eine im wesentlichen gleichförmige Dikke auf, so daß die Änderung des gesamten Leitungsquerschnittes für den elektrischen Strom ausschließlich von einer Querschnittsänderung der Rippen senkrecht zur Rohrachse herrührt Wenn jedoch die Temperatur, auf welche die Rohrwand erhitzt werden kann, durch Anforderungen an die mechanische Festigkeit begrenzt ist, kann es vorteilhaft sein, dafür zu sorgen, daß sich die Wanddicke über die Länge des Rohres ändert So ist es im Prinzip möglich. Metall zu sparen, verglichen mit einem Rohr, das eine gleichförmige Wanddicke aufweist und bei welchem die Temperatur der Innenfläche über die Länge des Rohres zwischen den beiden Punkten im wesentlichen auf einem gleichen Wert gehalten wird, indem die Form und die Gestalt der Rippen so gewählt werden, daß im Betrieb die Temperatur der inneren Oberfläche der Wand des Rohres über einen Teil des Rohres unmittelbar stromabwärts von dem stromaufwärts liegenden elektrischen Ausschlußstück niedriger ist als an sonstigen Punkten zwischen den beiden Anschlußstücken, wobei dieser Teil des Rohres eine verringerte Wandstärke besitzt

Die Art und Weise, in welcher sich der gesamte Leitungsquerschnitt für den elektrischen Strom aber die Länge des Rohres ändern soll, um eine vorgegebene Temperaturverteilung über die dem Strömungsmedium ausgesetzten Innenflächen des Rohres zu erzielen, hängt von einer Reihe von Faktoren ab, wie beispielsweise der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit oder des Gases durch das Rohr, der Anfangstemperatur der Flüssigkeit oder des Gases, der gewünschten Maximaltemperatur der dem Strömungsmedium ausgesetzten Flächen und den physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit oder des Gases. Die Art und Weise der Änderung des Leitungsquerschnittes für den elektrischen Strom hängt auch von der Länge der Zwischenräume in Längsrichtung des Rohres zwischen den Punkten ab, an denen die Rippen mit dem Rohr elektrisch verbanden sind. Unter der Voraussetzung, daß die Änderungen des gesamten Leitungsquerschnittes in jedem Zwischenraum klein bleiben, ist der Einfluß der Änderungen in Längsrichtung der Zwischenräume gering. Obwohl es eine im wesentlichen gleichförmige Tem peraturverteilung erforderlich macht, daß sich der ge samte Leitungsquerschnitt kontinuierlich über die Länge des Rohres ändert, kann eine zufriedenstellende Annäherung an eine gleichförmige Temperaturverteilung dadurch erreicht werden, daß der gesamte Leitungs querschnitt stufenweise geändert wird, wobei der Lei tungsquerschnitt zwischen den aufeinanderfolgenden Stufen konstant bleibt Wenn die zuletzt genannte Anordnung getroffen ist und die Rippen über ihre Länge mit dem Rohr nicht elektrisch verbunden sind, kann die elektrische Verbindung zwischen den Rippen und dem zugeordneten Rohr leicht im Bereich einer jeden Änderung des gesamten Leitungsquerschnittes vorgesehen werden. Darüber hinaus macht es eine im wesentlichen gleichförmige Temperaturverteilung notwendig, daß Rippen mit sehr kleinen Querschnitten in Richtung des stromauf liegenden Punktes der beiden genannten Punkte vorgesehen werden. Die hiermit verbundenen baulichen Schwierigkeiten können den verhältnismäßig kleinen erzielten Vorteil überwiegen. Ein annehmbarer Kompromiß besteht darin, daß die Rippen über eine bestimmte Strecke gegen die Strömungsrichtung über den Punkt hinausgezogen werden, wo sie zur Erzielung einer gleichförmigen Temperaturverteilung über die Wand des Rohres die geeigneten, minimalen Abmes sungen erreichen, wobei jedoch der Querschnitt der Rippen über die vorstehend genannte, bestimmte Strecke konstant auf einem Wert gehalten wird, der durch die geeigneten, minimalen Abmessungen bestimmt wird, worauf die Rippen an einem Punkt aufhö- ren, der stromab des stromauf liegenden Punktes der beiden Punkte liegt zwischen denen das elektrische Potential angelegt wird.

Bei der Gestaltung und Befestigung der Rohre müssen natürlich die Wärmedehnungen in Betracht gezo- gen werden, die in den Rohren während des Betriebes auftreten. Vorzugsweise wird eine Vielzahl von Rohren paarweise angeordnet wobei die Rohre eines jeden Paares mindestens über die Strecken, über welche die Rippen angeordnet sind, gerade und koaxial verlaufen.

Die Rohrpaare verlaufen mindestens über die genannten Strecken parallel zueinander, wobei die Innenenden der Rohre eines jeden Paares mit einem oder mehreren Ausiaßkrümmern verbunden sind, von denen jeder einer Vielzahl von Rohrpaaren zugeordnet ist Die Außenenden der Rohre sind über biegsame Verbindungseinrichtungen, wie beispielsweise Bälge, mit Einlaßkrümmern verbunden. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die biegsamen Verbindungseinrichtungen nicht dort vorgesehen zu werden brauchen, wo die Rohre eine sehr hohe Temperatur aufweisen. Jeder Auslaßkrümmer muß natürlich auch aus Platin oder einer Platinlegierung bestehen.

Da die Rippen im allgemeinen nicht die gleiche Temperatur wie die Wand des Rohres haben, muß durch die Form und die Art und Weise der Befestigung der Rippen an der Rohrwand, beispielsweise ob die Rippen mit der Rohrwand aus einem Stück bestehen oder nicht, die Möglichkeit in Betracht gezogen werden, daß eine unterschiedliche Ausdehnung zwischen der Rohrwand und den Rippen auftritt Um eine derartige unterschiedliche Ausdehnung ohne die Entstehung übermäßig hoher Beanspruchungen zu gestatten, können die Rippen mit kleinen Einkerbungen versehen werden, die

in Abständen über die Länge der Rippen angeordnet sind. Obgleich durch die Einkerbungen kleine Bereiche mit einem verminderten Leitungsquerschnitt für den elektrischen Strom entstehen und der verminderte Querschnitt im allgemeinen zu einer örtlichen Überhitzung führen würde, kann eine derartige Überhitzung durch eine geeignete Auslegung vermindert oder beseitigt werden. Erstens, wenn die Bereiche des verminderten Querschnittes ausreichend klein sind, reicht die Wärmeleitfähigkeit in den Rippen aus, um eine ernste, örtliche Überhitzung zu vermeiden. Zweitens kann die Temperatur der Rippen durch Vergrößerung der Oberfläche pro Volumeneinheit herabgesetzt werden. Die Temperatur der Rippen liegt dann unter der gewünschten maximalen Temperatur, ausgenommen in dem Bereich, der stromab eines der beiden Punkte liegt. Die Bereiche mit erhöhter Temperatur führen dann nicht zwangläufig zu einer Überhitzung. Drittens, wenn die in einem Rohr angeordneten Rippen nur in Abständen längs des Rohres mit dem Rohr elektrisch verbunden sind, wird die Größe des elektrischen Stromes in der Rohrwand im Bereich dieser Abstände durch die Größe des gesamten elektrischen Widerstandes der Rippen bestimmt. Die Auswirkung einer Kerbe in einer Rippe auf den Gesamtwiderstand kann durch eine kleine Erhöhung des Querschnittes der Rippen irgendwo im Bereich des Abstandes ausgeglichen werden, wobei nur eine geringe Erhöhung der gesamten Metallmenge erforderlich ist.

Wenn das Strömungsmedium ein Halogeniddampf ist, bestehen das Rohr oder die Rohre vorzugsweise aus einer Platin-/Rhodium-Legierung, die zwischen 5 und 25 Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen 10 und 15 Gewichtsprozent Rhodium bezogen auf das Gewicht der Legierung enthält Wenn Platin-/Ruthenium-Legierungen oder Platin/Iridium-Legierungen verwendet werden, liegt der Anteil an Ruthenium oder Iridium zwischen 5 und 25 Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen 10 und 15 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Legierung. Die Rippen können aus dem gleichen Material wie das Rohr oder die Rohre bestehen, es ist jedoch zweckmäßig, das Rohr oder die Rohre aus einer Platinlegierung und die Rippen aus Platin herzustellen. Wenn sich das Rohr und die Rippen unterschiedlich ausdehnen, hat diese Vorkehrung den Vorteil, daß die geringere Festigkeit des Platins eine derartige unterschiedliche Ausdehnung gestattet, die durch die Verformung der Rippen ohne die Entstehung übermäßiger Spannungen im Rohr aufgenommen wird, unter der Voraussetzung, daß die Rippen eine geeignete Form haben und in geeigneter Weise an der Rohrwand befestigt sind.

Wenn das elektrische Potential an das oder die Rohre über ein Bauelement, wie einen Krümmer oder ein weiteres Rohr, angelegt wird, das eine dem Strömungsmedium ausgesetzte Fläche aufweist, kann es nötig sein, dafür zu sorgen, daß dieses Bauteil keine zu hohe Temperatur erreicht Die elektrischen Anschlüsse werden vorteilhafterweise nur stromauf der beiden Punkte am Rohr vorgesehen. Wenn daher eine Vielzahl von Rohren paarweise angeordnet und mit einer gemeinsamen Auslaßleitung verbunden ist, werden die elektrischen Anschlüsse an jedem Rohr vorteilhafterweise nur an den von der gemeinsamen Auslaßleitung entfernten Stellen, das heißt am stromaufseitigen Ende der Rippen oder zwischen diesem Punkt und der biegsamen Verbindungseinrichtung am stromaufseitigen Ende eines jeden Rohres vorgesehen. Vorzugsweise wird ein positives Gleichstrompotential an das eine Rohr des Rohrpaares und ein negatives Gleichstrompotential an das andere Rohr des Rohrpaares so angelegt, daß der gemeinsame Auslaßkrümmer oder die gemeinsame Auslaßleitung geerdet sind. Wenn der Querschnitt der elektrischen Leitung, welche durch die gemeinsame Auslaßleitung zwischen den Rohren gebildet wird, nicht ausreichend groß ist, um eine Überhitzung der Auslaßleitung zu verhindern, können die Rippen in den Rohren durchgezogen werden.

Wenn ein elektrischer Anschluß an den Rohren vorgesehen wird, um ein elektrisches Potential stromauf eines der beiden Punkte anzulegen, wird das Rohr unmittelbar stromab des elektrischen Anschlusses vorteilhafterweise mit einer oder mehreren Rippen versehen, deren dem zu erhitzenden Strömungsmedium ausgesetzte Flächen aus Platin oder einer Platinlegierung bestehen. Die Rippen sind mit dem Rohr elektrisch verbunden und haben einen ausreichenden Querschnitt, um zu gewährleisten, daß die Temperatur der Rohrwand in unmittelbarer Nähe des elektrischen Anschlusses während des Betriebes verhältnismäßig niedrig ist.

Wenn das Strömungsmedium ein Halogeniddampf ist, liegt der Innendurchmesser des Rohres zwischen 12 und 50 mm. Die optimale Wanddicke eines jeden Rohres hängt bis zu einem gewissen Grade vom Innendurchmesser des Rohres ab, die optimale Wanddicke liegt jedoch in der Regel zwischen 0,25 und 1,3 mm, vorzugsweise bei 0,5 mm.

Es ist zu beachten, daß das Rohr oder die Rohre und die Rippen bei einer Temperatur über HOO⁰C zu Verwindungen neigen, wenn die Vorrichtung nicht so ausgelegt ist, daß Wärmespannungen sicher auf einem sehr niedrigen Wert gehalten werden.

Die Erfindung wird im Nachstehenden unter Zuhilfenahme von Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, das zum Vorerhitzen von Titantetrachloriddampf vor dessen Dampfphasenoxydation bei der Herstellung von Titandioxid geeignet ist In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine schematische Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung nach der Entfernung der Deckwand des Gehäuses,

F i g. 2 einen Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 2,

F i g. 3 einen schematischen Längsschnitt durch ein Rohr und die zugehörige Einrichtung,

F i g. 4 eine Draufsicht auf ein flach ausgebreitetes Rippenpaar,

F i g. 5 einen Teillängsschnitt durch ein Rohr in vergrößertem Maßstab und

F i g. 6 einen Querschnitt längs der Linie B-B in Fig. 5.

Wie aus den F i g. 1 und 2 hervorgeht, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung sechzehn Heizrohre 1 auf, die mit Ausnahme ihrer Außenenden in einem Gehäuse 2 untergebracht sind. Das Gehäuse 2 besteht aus einem nichtmetallischen, feuerfesten Material, das einen hohen Anteil an Aluminiumoxyd aufweist Das Gehäuse 2 ist so ausgelegt, daß die Rohre 1 über ihre Länge in Abständen abgestützt werden.

Die Rohre 1 haben innerhalb des Gehäuses 2 einen geradlinigen Verlauf. Die Rohre eines jeden Paares sind koaxial angeordnet und die Achsen der 8 Rohrpaare verlaufen parallel zueinander und liegen in der gleichen Horizontalebene. Die Innenenden bzw. die stromab liegenden Enden der Rohre 1 stehen mit einer querverlaufenden, horizontalen Auslaßleitung 3 in Verbin-

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dung, die an einem Ende verschlossen ist und mit dem anderen Ende aus dem Gehäuse 2 herausführt. Das in F i g. 3 dargestellte, stromab liegende Ende la eines jeden Rohres weist eine größere Wandstärke auf, um eine Übertragung des elektrischen Stromes zur Auslaßleitung 3 ohne eine Überhitzung zu gestatten.

Die Außenenden bzw. die stromauf liegenden Enden der Rohre 1 sind außerhalb des Gehäuses 2 senkrecht nach unten gebogen. Die Rohre 1 sind an ihren Außenenden mit einem Ringflansch 4 versehen (F i g. 3), der mit einem ähnlichen Flansch 5 auf der Oberseite eines biegsamen Faltenbalges 6 verbunden ist. Am Boden der Faltenbälge 6 sind Ringflansche 7 vorgesehen, die mit ähnlichen Flanschen 8 verbunden sind, die an den freien Enden der Leitungen von zwei Einlaßkrümmern 9 befestigt sind, von denen einer an jedem Ende der Heizvorrichtung vorgesehen ist.

Die Faltenbälge 6 bestehen aus einem elektrisch isolierenden Material. Die Ober- und Unterseiten eines jeden Faltenbalges sind durch einen elektrisch isolierenden Steg tO miteinander verbunden, der an den beiden Enden des Faltenbalges schwenkbar befestigt ist. Da die Rohre 1 nur über eine kurze Strecke vertikal verlaufen, verglichen mit ihrer horizontalen Länge, liegt die von der Wärmedehnung herrührende Relativbewegung zwischen dem Außenende des Rohres und dem Krümmer 9 im wesentlichen in horizontaler Richtung, so daß diese Relativbewegung durch den Steg 10 nicht verhindert wird.

Die Rohre 1 sind unmittelbar an der Außenfläche der Wand des Gehäuses 2 mit elektrischen Anschlüssen 11 versehen, die mit Wasser gekühlt werden können.

Jedes Rohr 1 ist innen und innerhalb des Gehäuses 2 mit einer Gruppe 12 von Rippen versehen. Jede Gruppe 12 weist 8 Rippen 13 (F i g. 6) auf, die aus vier Paaren bestehen und über ihre Länge in Abständen mit kurzen Distanzbüchsen 14 verschweißt sind. Ein Rippenpaar wird dadurch hergestellt, daß ein flacher Streifen 15 aus plattenartigem Material (F i g. 4) um seine Längsmittelachse so gebogen wird, daß die zu beiden Seiten der Längsmittelachse liegenden Abschnitte des Streifens 15 einen Winkel von 45° einschließen und die beiden Rippen 13 des Paares bilden. Die Rippenpaare werden im Bereich der Mittelachse mit den Distanzbüchsen verschweißt und so gegeneinander ausgerichtet, daß die benachbarten Rippen verschiedener Paare ebenfalls einen Winkel von 45° einschließen (F i g. 6).

Aus F i g. 4 ist ersichtlich, daß der Streifen 15 nur über kurze Strecken 16 und über eine ziemlich lange Strecke 17 an einem Ende des Streifens eine konstante maximale Breite aufweist Die Breiten der Abschnitte 18, die zwischen den breiten Abschnitten 16 und 17 liegen, nehmen gegen den Abschnitt 17 von Abschnitt 18 zu Abschnitt 18 zu. Aus F i g. 5 ist ersichtlich, daß die breiten Abschnitte 16 in Längsrichtung der Rippen 13 sehr kurz sind im Vergleich mit der Länge der abgestuften Abschnitte 18. Die Distanzbüchsen 14 sind ebenfalls sehr kurz im Vergleich zu deren gegenseitigem Abstand.

Die Rippengruppen 12 werden so in die Rohre 1 eingesetzt daß sich die breiten Abschnitte 17 der Streifen 15 an den stromab liegenden Enden der Rohre 1 befinden. Die freien Enden der breiten Abschnitte 16 und 17 werden mit den Wänden der Rohre 1 verschweißt Jede Rippengruppe 12 wird in ihrem zugehörigen Rohr 1 so befestigt daß die Distanzbüchsen 14 koaxial zum Rohr liegea Sämtliche Rippen 13 sind mit der Rohrwand an all den Stellen elektrisch verbunden, an denen die Rippen mit dem Rohr verschweißt sind.

Die stromauf liegenden Enden der Rippengruppen 12 enden stromab der Innenseite der Wand des Gehäuses 2. Jedes Rohr 1 ist jedoch innen unmittelbar stromab des elektrischen Anschlusses 11 mit einer zweiten Rippengruppe 21 versehen. Jede Rippengruppe 21 entspricht den Rippengruppen 12 insofern, als jede Rippengruppe 21 aus acht radial verlaufenden Rippen besteht, die paarweise hergestellt werden, indem vier Streifen um ihre Längsmittelachse gebogen werden. Die Rippen sind mit einer Distanzbüchse 14 und an ihren die größte Breite aufweisenden Enden mit der Rohrwand verschweißt. Die Rippengruppen 21 sind jedoch viel kürzer als die Rippengruppen 12 und haben von ihren breiteren Endabschnitten abgesehen über ihre Länge eine gleichförmige Breite.

Wie aus F i g. 4 hervorgeht, ist jeder Streifen 15 mit kleinen Löchern 19 längs der Mittelachse versehen, um den Streifen bei der Ausbildung der Rippen 13 leichter biegen zu können. Jeder Streifen 15 ist ferner mit Einkerbungen 20 versehen, um eine unterschiedliche Dehnung zwischen den Rippen 13 und der Rohrwand ohne die Entstehung einer übermäßig großen Spannung zu gestatten. Wie bereits vorstehend erläutert wurde, führen diese kleinen Einkerbungen 20 bei einer richtigen Auslegung nicht zu einer Überhitzung. Das gleiche gilt für die Löcher 19.

Die Dicke der Rohrwände und des plattenartigen Materials zur Herstellung der Rippen kann beispiels-

weise 0,5 mm betragen. Der Durchmesser der Löcher 19 kann beispielsweise bei 1,6 mm liegen. Der Innendurchmesser der Rohre 1 kann 25 mm betragen und die Länge eines jeden Rohres kann zwischen 3,6 und 4,9 m liegen. Die Länge der abgestuften Abschnitte 18 der

Streifen 15 kann von etwa 60 cm am stromauf liegenden Ende bis zu etwa 23 cm am stromab liegender Ende reichen, unter der Voraussetzung, daß 6 derartige Abschnitte vorhanden sind. Die Länge der breiten Abschnitte 17 der Streifen 15 kann 6,35 mm betragen. Dei

Innendurchmesser der Auslaßleitung 3 kann 76 mm sein und die Wanddicke der Auslaßleitung 3 kai.ii 0,75 mm betragen.

Während die Rohre 1 und die Auslaßleitung 3 vorzugsweise aus einer Platin-/Rhodium-Legierung mil

10 Gewichtsprozent Rhodium hergestellt werden, bestehen die Rippengruppen 12 und 21 vorteilhafterweisc aus Platin, um die Verformung der Rippengruppen zi erleichtern und die unterschiedliche Wärmedehnunf zwischen den Rippengruppen und der Wand des Roh

res I aufzufangen.

Während des Betriebes werden die Auslaßleitung ; und der Einlaßkrümmer 9 elektrisch geerdet Ein positi ves Gleichstrompotential wird an die elektrischen An Schlüsse 11 auf der einen Seite des Gehäuses 2 und en negatives Gleichstrompotential an die elektrischen An Schlüsse 11 auf der anderen Seite des Gehäuses 2 ange legt Die absoluten Größen dieser elektrischen Poten tiale sind gleich. Es fließt daher durch jedes Rohrpaa ein elektrischer Strom, der vom Anschluß 11 auf den

einen Rohr ausgeht und durch dieses Rohr und die bei den Rippengruppen 21 und 12, durch die Wand de Auslaßleitung 3 und dann durch das andere Rohr um die beiden Rippengruppen 12 und 21 hindurchfließt um zum Anschluß 11 des anderen Rohres des Rohrpaare

gelangt

Wenn man ein einzelnes Rohr 1 betrachtet und dei Einfluß der Distanzbüchsen 14, der breiten Abschnitt« 16 der Streifen 15, der Löcher 19 und der Einkerbungei

20 vernachlässigt, ist der gesamte Leitungsquerschnitt für den elektrischen Strom unmittelbar stromab des elektrischen Anschlusses 11 auf Grund der Anwesenheit der Rippengruppe 21 groß. Am stromab liegenden Ende der Rippengruppe 21 nimmt der elektrische Leitungsquerschnitt auf seinen Minimalwert ab. Der elektrische Leitungsquerschnitt wird hier ausschließlich von der Rohrwand gebildet Anschließend nimmt der elektrische Leitungsquerschnitt auf Grund der Rippengruppe !2 stufenweise zu. Der von der Auslaßleitung 3 ge- ίο bildete, elektrische Leitungsquerschnitt ist etwas größer als der elektrische Leitungsquerschnitt, der durch die Rohrwand und die Rippengruppe 12 an ihrem stromab liegenden Ende gebildet wird. Der elektrische Widerstand pro Längeneinheit des Rohres ist daher unmittelbar stromab des elektrischen Anschlusses 11 dank der Rippengruppe 21 niedrig, er steigt jedoch am stromab liegenden Ende der Rippengruppe 21 plötzlich auf seinen Maximalwert und fällt dann in Strömungsrichtung stufenweise ab.

Da die Größe des elektrischen Stromes über die Länge eines jeden Rohres 1 konstant ist, ist die erzeugte Wärmemenge pro Längeneinheit des Rohres direkt proportional dem Widerstand pro Längeneinheit. Die erzeugte Wärmemenge ist daher unmittelbar stromab des elektrischen Anschlusses 11 verhältnismäßig gering. Diese Tatsache zusammen mit der Wasserkühlung des elektrischen Anschlusses 11 verhindert, daß der Anschluß 11 eine zu hohe Temperatur erreicht. Unmittelbar stromab der Rippengruppe 21 steigt die erzeugte Wärmemenge pro Längeneinheit des Rohres 1 stark an und fällt anschließend in Strömungsrichtung stufenweise ab.

Der Titantetrachloriddampf, dem kleinere Mengen anderer Chloride beigemischt sein können, wird über den Einlaßkrümmer 9 zugeführt. Die Temperatur dieses Dampfes steigt ständig an, während er durch das Rohr 1 zur Auslaßleitung 3 fließt.

Die Temperatur der Rohrwand nimmt in Sti ömungsriciitung über jedem Rohrabschnitt zu, für welchen der gesamte, elektrische Leitungsquerschnitt konstant ist. Die Temperatur der Rohrwand steigt am stromab liegenden Ende der Rippengruppe 21 stark an, wo der gesamte, elektrische Leitungsquerschnitt abnimmt. Dort, wo der elektrische Leitungsquerschnitt dank der Form der Rippengruppe 12 in Strömungsrichtung zunimmt, fällt die Temperatur der Rohrwände. Der Temperaturverlauf der Rohrwand längs des Rohres hat daher über die Länge der Rippengruppe 12 eine grob sägezahnartige Form. Die sägezahnartige Form des Temperaturverlaufes entfällt stromauf der Rippengruppe \l. Die Änderungen des gesamten, elektrischen Leitungsquerschnittes werden so gewählt und so in Beziehung zur Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes und zum Grad der äußeren Kühlung der Rohre 1 gesetzt, daß sämtliche Spitzen des Temperaturverlaufes gerade unterhalb der maximal zulässigen Temperatur liegen.

Die Temperatur einer jeden Rippengruppe 12 hat die Neigung, entgegen der Strömungsrichtung abzufallen. Dies hat jedoch keine besondere Bedeutung.

Die Innenseiten der Wände des Gehäuses 2 werden auf einer Temperatur gehalten, die unter der Temperatur der Rohre 1 liegt. Hierdurch ist es möglich, das Gewicht des Platins oder der Platinlegierung in den Rippengruppen 12 herabzusetzen, was notwendig ist, um eine Überhitzung der Rohrwände zu vermeiden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Erhitzen von Flüssigkeiten bzw. Gasen durch elektrische Widerstandsheizung mit wenigstens einem Metallrohr aus Platin oder einer Platinlegierung, durch das der zu erhitzende Stoff geführt wird, und elektrischen Anschlußstükken für das Anlegen einer Spannung zwischen zwei im Abstand voneinander angeordneten Punkten des Rohres, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Rohres (1) ein oder mehrere Rippen (12), bei denen wenigstens die dem zu erhitzenden Medium ausgesetzten Flächen aus Platin oder einer Platinlegierung bestehen, angeordnet sind, die in elektrischem Kontakt mit dem Rohr (1) längs seiner Länge stehen und somit den elektrischen Widerstand des Erhitzers beeinflussen, wobei die Querschnittsfläche der Rippen (12) längs des Rohres (1) in der Fließrichtung des zu erhitzenden Stoffes zunimmt und die Zunahme der Querschnittsfläche so ausgelegt ist daß bei vorgegebenem Durchsatz und vorgegebener Temperatur eines bestimmten Stoffes die Temperatur der inneren Oberfläche der Wand des Rohres zwischen dem stromabwärts gelegenen elektrischen Anschlußstück einerseits und dem stromaufwärts gelegenen elektrischen Anschlußstück oder einem unmittelbar stromabwärts von letzterem gelegenen Punkt relativ niedriger Temperatur andererseits praktisch einheitlich ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) in einem thermisch isolierten Gehäuse (2) angeordnet ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere zusätzliche Rohre (1) vorgesehen sind, die mit einem gemeinsamen geerdeten Auslaß (3) verbunden sind und daß elektrische Anschlußstücke (11) nur an von dem gemeinsamen Auslaß (3) entfernt liegenden Punkten vorhanden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar stromabwärts von den elektrischen Anschlußstücken (11) zu den Rohren (1) ein oder mehrere weitere Rippen (21) vorgesehen sind, deren dem zu erhitzenden Medium ausgesetzte Flächen aus Platin oder einer Platinlegierung hergestellt sind, die in elektrischem Kontakt mit dem Rohr (1) stehen und eine ausreichende Querschnittsfläche aufweisen, um zu gewährleisten, daß die Temperatur der Wände der Rohre (1) in unmittelbarer Nachbarschaft der elektrischen Anschlußstücke im Betrieb verhältnismäßig niedrig ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestalt der Rippen so ist, daß im Betrieb die Temperatur der inneren Oberfläche der Wand des Rohres über einen Teil des Rohres unmittelbar stromabwärts von dem stromaufwärts liegenden elektrischen Anschlußstück niedriger ist als an sonstigen Punkten zwischen den beiden Anschlußstücken und daß dieser Teil des Rohres eine verringerte Wandstärke besitzt.

6. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Oberfläche des Gehäuses (2) auf einer Temperatur gehalten wird, die unter der der äußeren Oberfläche des Rohres (1) liegt.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erhitzer von Flüssigkeiten bzw. Gasen durch elektrische Wider Standsheizung mit wenigstens einem Metallrohr au; Platin oder einer Platinlegierung, durch das der zu er 5 hitzende Stoff geführt wird, und elektrischen Anschluß stücken für das Anlegen einer Spannung zwischen zwei in Abstand voneinander angeordneten Punkten des Rohres.

Aus der USA.-Patentschrift 25 96 327 ist es bekannt, ein Gas dadurch zu erhitzen, daß es über eine Metallrippe geführt wird, durch die ein elektrischer Strom fließt und deren Breite sich in Längsrichtung ändert, so daß die Rippe in Längsrichtung im wesentlichen eine gleichförmige Temperatur hat Die Rippe ist in einem Rohr untergebracht, das gegen die Rippe elektrisch isoliert und mit einer wärmedämmenden Auskleidung versehen ist Da die Rippe über ihre Länge eine im wesentlichen gleichförmige Temperatur aufweist, kann die Rippe kürzer ausgebildet werden, als es ansonsten der Fall wäre.

Die kürzere Ausgestaltung der Rippen in der bekannten Vorrichtung gestattet zwar etwas Metall zu sparen, auf der anderen Seite aber ist eine nicht metallische, hitzebeständige Auskleidung des die Rippen aufnehmenden Rohres erforderlich, um das Rohr auf einer bestimmten Temperatur zu halten und gegen eine Korrosion durch die zu erhitzenden, korrodierenden Strömungsmittel zu schützen. Ein kleiner Fehler in der isolierenden Auskleidung des Rohres führt bereits zu einer Korrosion der Rohrwand. Es ist jedoch vom wirtschaftlichen Standpunkt aus nicht vertretbar, das Rohr aus Platin oder einer Platinlegierung herzustellen, wenn das Rohr nicht auch zur Erhitzung des Gases herangezogen wird, wie dies bei der bekannten Vorrichtung der Fall ist.

Fs war 1. iher die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, elektri-che Widerstandserhitzer in Rohrbauform für korrodierende Flüssigkeiten oder Gase so iu bauen, daß man bei einem gegebenen Durchsatz und einer gegebenen Temperatur mit einem Minimum an Baumaterial auskommt.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß innerhalb des Rohres ein oder mehrere Rippen, bei denen wenigstens die dem zu erhitzenden Medium ausgesetzten Flächen aus Platin oder einer Platiniegierung bestehen, angeordnet sind, die in elektrischem Kontakt mit dem Rohr längs seiner Länge stehen und somit den elektrischen Widerstand des Erhitzers beeinflussen, wobei die Querschnittsfläche der Rippen längs des Rohres in der Fließrichtung des zu erhitzenden Stoffes zunimmt und die Zunahme der Querschnittsfläche so ausgelegt ist, daß bei vorgegebenem Durchsatz und vorgegebener Temperatur eines bestimmten Stoffes die Temperatur der inneren Oberfläche der Wand des Rohres zwischen dem stromabwärts gelegenen elektrischen Anschlußstück einerseits und dem stromaufwärts gelegenen elektrischen Anschlußstück oder einem unmittelbar stromabwärts von letzterem gelegenen Punkt relativ niedriger Temperatur andererseits praktisch einheitlich ist.

Da bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Rippen mit der selbst aus Metall bestehenden Wand des Rohres elektrisch verbunden sind, besteht keine Notwendigkeit, elektrische Isolierelemente wie bei der bekannten Vorrichtung zu verwenden. Dies ist ein wesentlicher Vorteil, wenn die zu erhitzenden Strömungsmedien korrodierende Flüssigkeiten oder Gase sind. Während bei der bekannten Vorrichtung narh Ηργ