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EP0249785A1 - Elektrodenkessel zur Dampf- oder Heisswassererzeugung - Google Patents

Elektrodenkessel zur Dampf- oder Heisswassererzeugung Download PDF

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EP0249785A1
EP0249785A1 EP87107853A EP87107853A EP0249785A1 EP 0249785 A1 EP0249785 A1 EP 0249785A1 EP 87107853 A EP87107853 A EP 87107853A EP 87107853 A EP87107853 A EP 87107853A EP 0249785 A1 EP0249785 A1 EP 0249785A1
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EP
European Patent Office
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insulator
molded body
support body
electrode
container
Prior art date
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Granted
Application number
EP87107853A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0249785B1 (de
Inventor
Albert Dr. Künzli
Kurt Schütz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sulzer AG
Original Assignee
Sulzer AG
Gebrueder Sulzer AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Sulzer AG, Gebrueder Sulzer AG filed Critical Sulzer AG
Publication of EP0249785A1 publication Critical patent/EP0249785A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0249785B1 publication Critical patent/EP0249785B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B17/00—Insulators or insulating bodies characterised by their form
    • H01B17/52—Insulators or insulating bodies characterised by their form having cleaning devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/28—Methods of steam generation characterised by form of heating method in boilers heated electrically
    • F22B1/30—Electrode boilers
    • F22B1/303—Electrode boilers with means for injecting or spraying water against electrodes or with means for water circulation
    • F22B1/306—Electrode boilers with means for injecting or spraying water against electrodes or with means for water circulation with at least one electrode permanently above the water surface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/18—Water-storage heaters
    • F24H1/20—Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes
    • F24H1/201—Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes using electric energy supply
    • F24H1/203—Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes using electric energy supply with electrodes

Definitions

  • the invention relates to an electrode boiler used for steam or hot water production with a container partially filled with water, in which at least one electrode connected to an AC network is arranged, which is attached to the container with the interposition of an electrical insulator arranged above the water level.
  • the insulator consists of an electrically insulating, hollow molded body made of fluoroplastic, which has a longitudinal axis, and a supporting body which transmits mechanical forces and extends in the longitudinal axis of the molded body therein, that at least at one end of the insulator Shaped body covers the end face of the support body and that this insulator end is arranged in a recess adapted to its contour in an adjacent boiler component such that the end region of the shaped body is clamped between the support body and the recess of the component.
  • the support body no longer has to be made of ceramic and can now be made from common structural steel, there is practically no risk of breakage for the insulator. Long-term tests have also shown that there are practically no more deposits on the extremely smooth surface of the fluoroplastic molded body. This eliminates corrosion of the isolator, the risk of short-circuiting and the frequent replacement of the isolator.
  • the molded body consisting of polytetrafluoroethylene according to claim 3 has proven to be advantageous at high temperatures, such as those found in steam-generating electrode boilers.
  • a pump 10 which is driven by an electric motor 11 and is arranged in the water 3, conveys water via a central riser pipe 12 to a nozzle assembly 13 and into an adjoining housing 15, which is provided with an overflow pipe 16, via the water into the lower part of the container 2 flows back.
  • the nozzle assembly 13 has the shape of a vertical hexagonal prism. Every second side of this prism has in the middle a row of vertically superposed nozzles 14 which form parallel water jets directed against the associated electrode 4. The water thus striking each electrode 4 falls on a nozzle plate 18 attached to the lower electrode end and consisting of a perforated sheet metal. Between this nozzle plate and the water level in the container 2, a counter electrode 5 is arranged, which likewise consists of a sheet metal plate provided with vertical bores and is attached to the container in an electrically conductive manner.
  • the upper insulator 6 is essentially tubular and is firmly connected to the electrode 4 at the bottom and to a bushing tube 8 at the top by means of fastening elements, not shown.
  • the further insulator 7, which is similar to the insulator 6 is designed, is fixed at one end to the wall of the container 2 and articulated to the electrode 4 at the other end.
  • the container 2 is provided with an earth conductor 9 ⁇ , so that the water jets between the nozzle plate 18 and the counter electrode 5 form the current path for the alternating electrical current. As a result of the electrical resistance of the water jets, their water heats up and partially evaporates. The steam escapes via an outlet nozzle 30 and reaches Ver, not shown users. Feed water is supplied via a supply nozzle 31.
  • the power control of the electrode kettle takes place by means of a vertically movable control hood 20 with a hexagonal cross section, which is arranged around the riser pipe 12 and the nozzle assembly 13 and has at its upper end a scraper ring 21 sliding over the nozzle assembly 13.
  • a vertical, coaxial toothed rack 23 which is in engagement with a toothed wheel which is driven via a shaft 26 by a geared motor 27 with a reversible direction of rotation.
  • the more the control hood is lifted the more nozzles 14 are covered by the scraper ring 21 and the less water jets are connected to the associated electrode 4, so that the amount of water reaching the respective counter electrode 5 is reduced and the amount of steam decreases.
  • the insulator 6 consists of an essentially hollow cylindrical support body 61 and an electrically insulating, hollow molded body 62 made of fluoroplastic, for example polytetrafluoroethylene.
  • the molded body has an outer jacket 62 ⁇ with annular beads 63 distributed over its length and an inner jacket 62 ⁇ , the support body 61 extending between the jackets 62 ⁇ and 62 ⁇ .
  • the two jackets are connected by means of a connecting section 62 ′′′, which covers the end face of the support body.
  • the axial length of the molded body 62 or its two jackets extends almost to the lower end of the support body 61.
  • the support body 61 is in a cylindrical recess 4 ⁇ of the electrode 4.
  • the upper end of the insulator 6 is in an annular groove Recess 8 ⁇ of the feed-through tube 8, with this end of the insulator fastening the molded body 62 is firmly clamped between the support body and the recess 8 ⁇ . This prevents the plastic from flowing at the fastening point, even under heavy mechanical stress and high temperature. This ensures both a firm connection between the insulator 6 and its neighboring components and adequate electrical insulation.
  • the mechanical connection of the insulator 6 with the lead-through tube 8 and with the electrode 4 can be realized, for example, by means of a hollow screw, not shown, coaxial with the insulator 6, through the interior of which the current conductor, also not shown, extends.
  • the electrical conductivity of the water is optimized by adding electrolytes (salts or bases). These and other substances contained in the water tend to settle in the form of crystals in the interior of the container 2. As far as the insulators 6 and 7 above the water level are affected, this can - as already described - have serious consequences.
  • the arrangement of the fluoroplastic molded body 62 prevents such substances from settling on the insulators 6 and 7, since the plastic surface is so smooth and resistant to chemical attacks that no significant deposits take place.
  • the output of the electrode boiler can also be set so that only hot water is produced.
  • the invention can also be applied to other types of electrode boilers; e.g. to those in which the electrode and the counter electrode each have the shape of a shell with an overflow edge for the water, or in which the electrode and the counter electrode are arranged coaxially with one another and immersed in water.

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Abstract

Der Elektrodenkessel weist einen teilweise mit Wasser gefüllten Behälter auf, in dem mindestens eine mit einem Wechselstromnetz verbundene Elektrode angeordnet ist, die unter Zwischenschaltung eines oberhalb des Wasserniveaus angeordneten, elektrischen Isolators (6) am Behälter befestigt ist. Der Isolator besteht aus einem elektrisch isolierenden hohlen Formkörper (62) aus Fluorkunststoff und einem mechanische Kräfte übertragenden, sich im hohlen Formkörper erstreckenden Stützkörper (61). Mindestens an einem Ende des Isolators (6) bedeckt der Formkörper (62) die Stirnfläche des Stützkörpers (61), wobei dieses Isolatorende in einer seiner Kontur angepassten Aussparung (8') eines benachbarten Kesselbauteils so angeordnet ist, dass der Endbereich des Formkörpers (62) zwischen dem Stützkörper (61) und der Aussparung (8') des Bauteils (8) eingeklemmt ist. Durch diese Konstruktion des Isolators werden einerseits Ablagerungen von im Arbeitsmittel mitgeführten Verunreinigungen auf der Oberfläche des Isolators beträchtlich vermindert und andererseits die Bruchgefahr des Isolators eliminiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen der Dampf- oder Heisswasser­erzeugung dienenden Elektrodenkessel mit einem teilweise mit Wasser gefüllten Behälter, in dem mindestens eine mit einem Wechselstromnetz verbundene Elektrode angeordnet ist, die unter Zwischenschaltung eines oberhalb des Wasser­niveaus angeordneten elektrischen Isolators am Behälter be­festigt ist.
  • Bei Kesseln dieser Art ist meistens eine der Elektrode zugeordnete, mit dem Behälter elektrisch verbundene Gegen­elektrode vorhanden, und das zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode befindliche, gegebenenfalls sich bewe­gende Wasser bildet einen elektrischen Strompfad. Im Be­trieb solcher Kessel ist beobachtet worden, dass im Wasser enthaltene Substanzen über den sich bildenden Dampf und/oder über Wasserspritzer in den Bereich des Isolators getragen werden und sich auf der Oberfläche des Isolators in Form von Kristallen ablagern. Besonders gefährlich ist es, wenn diese Ablagerungen zu elektrisch leitenden Schichten zusammenwachsen, die Kurz­schlüsse verursachen können. Ausserdem greifen die Ablagerungen den keramischen Isolator chemisch an, so dass seine Oberfläche infolge dieser Korrosionen zunehmend rauher wird, wodurch das Entstehen der Ablagerungen und damit die Gefahr von Kurzschlüssen begünstigt wird. Zu­sätzlich ist der Isolator mechanischen Beanspruchungen unterworfen, die wegen der Sprödheit des keramischen Werk­stoffs zur Zerstörung des Isolators führen können. Infolge­dessen muss der Isolator häufig ausgewechselt werden, was zu unerwünschten Betriebsunterbrechungen führt.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Elektrodenkessel der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass Ablage­rungen auf dem Isolator beträchtlich verringert oder ganz vermieden werden und die Bruchgefahr des Isolators elimi­niert wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Isolator aus einem elektrisch isolierenden, hohlen, eine Längsachse aufweisenden Formkörper aus Fluorkunststoff und einem mechanische Kräfte übertragenden, sich in Richtung der Längsachse des Formkörpers in diesem er­streckenden Stützkörper besteht, dass mindestens an einem Ende des Isolators der Formkörper die Stirnfläche des Stützkörpers bedeckt und dass dieses Isolatorende in einer seiner Kontur angepassten Aussparung in einem benachbarten Kesselbauteil so angeordnet ist, dass der Endbereich des Formkörpers zwischen dem Stützkörper und der Aussparung des Bauteils eingeklemmt ist. Durch die Unterteilung des Isolators in den Formkörper und den Stützkörper werden die Funktionen des elektrischen Isolierens und der Uebertra­gung mechanischer Kräfte voneinander getrennt, was das Dimensionieren der beiden Körper vereinfacht. Da der Stütz­ körper nicht mehr aus Keramik bestehen muss und jetzt aus üblichem Baustahl hergestellt werden kann, besteht praktisch keine Bruchgefahr mehr für den Isolator. Langzeitversuche haben überdies gezeigt, dass auf der äusserst glatten Oberfläche des Fluorkunststofformkörpers praktisch keine Ablagerungen mehr stattfinden. Damit sind Korrosionen des Isolators, die Kurzschlussgefahr sowie das häufige Aus­wechseln des Isolators eliminiert.
  • Der aus Polytetrafluoräthylen bestehende Formkörper gemäss Anspruch 3 hat sich als vorteilhaft bei hohen Temperaturen erwiesen, wie sie in dampferzeugenden Elektrodenkesseln vorkommen.
  • Ein Ausführungs- und ein Anwendungsbeispiel der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Elektrodenkessel nach dem Wasserstrahl-­Prinzip im Längsschnitt,
    • Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Isolator des Elektrodenkessels nach Fig. 1 und
    • Fig. 3 das Detail A des Isolators nach Fig. 2.
  • Ein Wasserstrahl-Elektrodenkessel weist gemäss Fig. 1 einen zylindrischen, vertikal angeordneten und an beiden Enden geschlossenen Behälter 2 auf, der etwa zur Hälfte mit Wasser 3 gefüllt ist und an dessen oberen Ende drei Elektro­den 4 befestigt sind, von denen in Fig. 1 nur eine darge­stellt ist. Ein oberer Isolator 6 isoliert die sich nach unten erstreckende Elektrode 4 elektrisch vom Behälter 2, ebenso ein weiterer Isolator 7, der die Elektrode 4 zu­sätzlich gegen die vertikale Behälterwand abstützt, um zum Beispiel bei Erdbeben horizontale Ausschläge der Elektrode zu verhindern. Eine von einem Elektromotor 11 angetriebene, im Wasser 3 angeordnete Pumpe 10 fördert Wasser über ein zentrales Steigrohr 12 zu einem Düsenstock 13 und in ein daran anschliessendes Gehäuse 15, das mit einem Ueberlauf­rohr 16 versehen ist, über das Wasser in den unteren Teil des Behälters 2 zurückströmt. Der Düsenstock 13 weist die Form eines vertikalen sechseckigen Prismas auf. Jede zweite Seite dieses Prisma hat in der Mitte eine Reihe von vertikal übereinander angeordneten Düsen 14, die gegen die zugeordnete Elektrode 4 gerichtete, parallele Wasser­strahlen bilden. Das so auf jede Elektrode 4 auftreffende Wasser fällt auf eine am unteren Elektrodenende angebrachte, aus einem gelochten Blech bestehende Düsenplatte 18. Zwischen dieser Düsenplatte und dem Wasserniveau im Be­hälter 2 ist eine Gegenelektrode 5 angeordnet, die eben­falls aus einer mit vertikalen Bohrungen versehenen Blech­platte besteht und elektrisch leitend am Behälter befestigt ist.
  • Der obere Isolator 6 ist im wesentlichen rohrförmig und mittels nicht gezeigter Befestigungselemente unten mit der Elektrode 4 und oben mit einem Durchführungs­rohr 8 fest verbunden. Je einer der drei Stromleiter 9, der sich durch den Hohlraum des Rohres 8, von diesem elektrisch isoliert, und des Isolators 6 erstreckt, verbindet die Elektrode 4 mit einer der Phasen einer dreiphasigen Wechselspannungs­quelle 19. Der weitere Isolator 7, der ähnlich dem Isolator 6 gestaltet ist, ist an einem Ende mit der Wand des Behäl­ters 2 fest und am anderen Ende mit der Elektrode 4 gelen­kig verbunden. Der Behälter 2 ist mit einem Erdleiter 9ʹ versehen, so dass die Wasserstrahlen zwischen der Düsen­platte 18 und der Gegenelektrode 5 den Strompfad für den elektrischen Wechselstrom bilden. Infolge des elektrischen Widerstandes der Wasserstrahlen erhitzt sich deren Wasser und verdampft teilweise. Der Dampf entweicht über einen Austrittsstutzen 30 und gelangt zu nicht gezeigten Ver­ brauchern. Speisewasser wird über einen Zufuhrstutzen 31 zugeführt.
  • Die Leistungssteuerung des Elektrodenkessels geschieht mittels einer vertikal beweglichen, im Querschnitt sechs­eckigen Regelhaube 20, die um das Steigrohr 12 und den Düsenstock 13 herum angeordnet ist und an ihrem oberen Ende einen über den Düsenstock 13 gleitenden Abstreifring 21 aufweist. Zur vertikalen Bewegung der Regelhaube 20 ist diese mit einer vertikalen, koaxialen Zahnstange 23 ver­bunden, die mit einem Zahnrad in Eingriff steht, das über eine Welle 26 von einem Getriebemotor 27 mit umkehrbarem Drehsinn angetrieben wird. Je mehr die Regelhaube gehoben wird, desto mehr Düsen 14 werden vom Abstreifring 21 über­deckt und desto weniger Wasserstrahlen haben mit der zuge­ordneten Elektrode 4 Verbindung, so dass die zur jeweili­gen Gegenelektrode 5 gelangende Wassermenge sich verringert und die Dampfmenge sinkt.
  • Gemäss Fig. 2 und 3 besteht der Isolator 6 aus einem im wesentlichen hohlzylindrischen Stützkörper 61 und einem elektrisch isolierenden,hohlen Formkörper 62 aus Fluor­kunststoff, z.B. Polytetrafluoräthylen. Der Formkörper weist einen Aussenmantel 62ʹ mit über dessen Länge ver­teilt angeordneten Ringwülsten 63 und einen Innenmantel 62ʺ auf, wobei sich der Stützkörper 61 zwischen den Mänteln 62ʹ und 62ʺ erstreckt. Am oberen Ende des Stützkörpers 61 hängen die beiden Mäntel mittels eines Verbindungsab­schnitts 62‴ zusammen, der die Stirnfläche des Stütz­körpers bedeckt. Die axiale Länge des Formkörpers 62 bzw. seiner beiden Mäntel reicht fast bis zum unteren Ende des Stützkörpers 61. Am unteren Ende des Isolators 6 steckt der Stützkörper 61 in einer zylindrischen Eindrehung 4ʹ der Elektrode 4. Das obere Ende des Isolators 6 steckt in einer ringnutförmigen Aussparung 8ʹ des Durchführungs­rohres 8, wobei an diesem Befestigungsende des Isolators der Formkörper 62 zwischen dem Stützkörper und der Aus­sparung 8ʹ fest eingeklemmt ist. Hierdurch wird ein Fliessen des Kunststoffs an der Befestigungsstelle ver­hindert, und zwar auch bei starker mechanischer Bean­spruchung und hoher Temperatur. Damit ist sowohl eine feste Verbindung zwischen dem Isolator 6 und seiner be­nachbarten Bauteile als auch eine ausreichende elektrische Isolation gewährleistet. Die mechanische Verbindung des Isolators 6 mit dem Durchführungsrohr 8 und mit der Elektrode 4 kann zum Beispiel mittels einer zum Isolator 6 koaxialen, nicht dargestellten Hohlschraube verwirklicht werden, durch deren Innenraum sich der ebenfalls nicht gezeigte Stromleiter erstreckt.
  • Die elektrische Leitfähigkeit des Wassers wird durch Bei­mischen von Elektrolyten (Salze oder Basen) optimiert. Diese sowie andere im Wasser enthaltene Substanzen haben die Tendenz, sich in Form von Kristallen im Innern des Be­hälters 2 abzusetzen. Soweit die oberhalb des Wasser­niveaus befindlichen Isolatoren 6 und 7 davon betroffen sind, kann dies - wie bereits beschrieben - schwerwiegende Folgen haben. Durch die Anordnung des Fluorkunststoff­formkörpers 62 wird ein Absetzen solcher Substanzen auf den Isolatoren 6 und 7 verhindert, da die Kunststoffober­fläche so glatt und widerstandsfähig gegen chemische An­griffe ist, dass keine nennenswerten Ablagerungen statt­finden.
  • Die Leistung des Elektrodenkessels kann auch so eingestellt werden, dass nur Heisswasser produziert wird. Die Erfindung lässt sich auch auf andere Elektrodenkesseltypen anwenden; z.B. auf solche, in denen die Elektrode und die Gegen­elektrode je die Form einer Schale mit einer Ueberlaufkante für das Wasser aufweist, oder in denen die Elektrode und die Gegenelektrode koaxial ineinander und in Wasser ein­getaucht angeordnet sind.

Claims (3)

1. Der Dampf- oder Heisswassererzeugung dienender Elektro­denkessel mit einem teilweise mit Wasser gefüllten Be­hälter, in dem mindestens eine mit einem Wechselstrom­netz verbundene Elektrode angeordnet ist, die unter Zwischenschaltung eines oberhalb des Wasserniveaus an­geordneten elektrischen Isolators am Behälter befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Isola­tor aus einem elektrisch isolierenden, hohlen, eine Längsachse aufweisenden Formkörper aus Fluorkunststoff und einem mechanische Kräfte übertragenden, sich in Richtung der Längsachse des Formkörpers in diesem er­streckenden Stützkörper besteht, dass mindestens an einem Ende des Isolators der Formkörper die Stirnfläche des Stützkörpers bedeckt und dass dieses Isolatorende in einer seiner Kontur angepassten Aussparung in einem be­nachbarten Kesselbauteil so angeordnet ist, dass der Endbereich des Formkörpers zwischen dem Stützkörper und der Aussparung des Bauteils eingeklemmt ist.
2. Kessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper einen zur Längsachse des Formkörpers koaxialen Hohlkörper bildet und der Formkörper, von dem eingeklemmten Ende ausgehend, einen die Innenseite des Stützkörpers bedeckenden Mantel aufweist, der sich mindestens über den grössten Teil der axialen Länge des Stützkörpers erstreckt.
3. Kessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper aus Polytetrafluoräthylen besteht.
EP87107853A 1986-06-18 1987-05-30 Elektrodenkessel zur Dampf- oder Heisswassererzeugung Expired - Lifetime EP0249785B1 (de)

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EP0249785B1 EP0249785B1 (de) 1990-09-12

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