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Title:
FLUID HEATER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1997/038554
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a fluid heater (1) which enables rapid switching-on and switching-off of the heater (1) in that a tube (2) through which a fluid flows has a radiator surrounded by a quartz casing (3).

Inventors:
POKORNY JOACHIM (DE)
STEINRUECKE ANDREAS (DE)
Application Number:
PCT/EP1997/000028
Publication Date:
October 16, 1997
Filing Date:
January 04, 1997
Export Citation:
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Assignee:
STEAG MICRO TECH GMBH (DE)
POKORNY JOACHIM (DE)
STEINRUECKE ANDREAS (DE)
International Classes:
H05B3/10; F24H1/14; H05B3/00; H05B3/40; H05B3/48; (IPC1-7): H05B3/00; F24H1/14
Foreign References:
US5371830A1994-12-06
EP0570586A11993-11-24
US5054108A1991-10-01
US5054107A1991-10-01
US3906188A1975-09-16
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 010, no. 304 (M - 526) 16 October 1986 (1986-10-16)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 013, no. 500 (M - 891) 10 November 1989 (1989-11-10)
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Claims:
Patentansprüche
1. FluidHeizeinrichtung ( 1 ) mit einem von einem Fluid durchströmten Rohr (2) , dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (2 ; konzentrisch um einen von einem Quarz¬ mantel (3 ) umgebenen Strahler angeordnet ist .
2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Strahler ein Infrarotstrahler ist .
3. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Strahler ein elektrisches Heizelement ist.
4. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler ein Heizdraht ist.
5. Heizeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Quarzman¬ tel ein Quarzrohr (3) ist, das den Strahler enthält.
6. Heizeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Zuleitungs drahte (5, 6) des Heizdrahtes (4) an wenigstens ei¬ nem Ende des Quarzrohrs (3) nach außen geführt ist.
7. Heizeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Zuleitungsdrähte (5, 6) des Heizdrahtes (4) durch wenigstens eine Öffnung in der Wand des Quarzrohrs (3) nach außen geführt sind.
8. Heizeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teilabschnitt (11) des Quarzrohrs (3) ein Heiz¬ element (4) enthält.
9. Heizeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Heiz¬ elemente vorgesehen sind.
10. Heizeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sicher¬ heitsTemperaturfühler (7) an dem, dem Heizelement gegenüberliegenden Außenumfangsabschnitt des Fluid rohrs (2) vorgesehen ist.
11. Heiizeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß ein durch den Heizdraht (4) fließender Heizstrom abgeschaltet wird, wenn die vom Sicher heitsTemperaturfühler (7) gemessene Temperatur ei¬ nen vorbestimmten Temperaturwert erreicht.
12. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Temperaturfühler (8) an einem Auslaß (10) des Fluid¬ rohrs (2) vorgesehen ist.
13. Heizeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der von dem zweiten Temperaturfühler (8) ermittelte Temperaturwert zur Regelung der Heiz¬ leistung vorgesehen ist.
14. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidrohr (2) aus Edelstahl ist.
15. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidrohr (2) aus Keramik ist.
16. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidrohr (2) ein mit Keramik ausgekleidetes Stahlrohr ist.
17. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid ein Gas, vorzugsweise Stickstoff ist.
18. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid auf eine Temperatur im Bereich von 100 °C bis 200 °C aufgeheiztwird.
Description:
Fluid-Heizeinrichtunq

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluid-Heizein- richtung mit einem von einem Fluid durchströmten Rohr.

Es ist bekannt, Flüssigkeiten und Gase zu erhitzen, um sie zu verdampfen bzw. unter Druck zu setzen. Die bekann¬ ten Vorrichtungen weisen jedoch ein schlechtes Ansprech- verhalten auf. Es dauert relativ lange bis das zu erhit¬ zende Fluid nach dem Anschalten der Heizeinrichtung er¬ wärmt wird und nach dem Ausschalten der ; Heizvorrichtung wird die Erhitzung des Fluids nicht sofort abgestellt.

Aus der DE 44 20 493 AI ist eine Fluid-Heizeinrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der das Heizele¬ ment als elektrische Widerstandsbänder auf dem Außenum¬ fang des Fluidrohrs angebracht ist. Durch die indirekte Heizung des Fluids über die Rohrwandung ist ein schnelles Ein- und Ausschalten der Heizeinrichtung ohne Verzögerung der Aufheizung und des Abschaltens der Aufheizung des Fluids nicht möglich.

Aus den Druckschriften DE-GM 19 06 191, DE 89 13 683 Ul, DE 38 41 448 Cl und DE-AS 12 69 748 sind Heizelemente und Wärmestrahler bekannt, die jedoch nicht zur Aufheizung von in einem Rohr strömenden Fluids vorgesehen oder geeignet sind.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ei¬ ne Fluid-Heizeinrichtung zu schaffen, die kostengünstig herzustellen ist und die ein schnelles An- und Ausschal¬ ten der Heizeinrichtung gestattet.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird bei einer Fluid-Heiz¬ einrichtung dadurch gelöst, daß das Rohr konzentrisch um

einen von einem Quarzmantel umgebenen Strahler angeordnet ist.

Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Quarzmantel nur eine geringe Restwärme speichert, wodurch unmittelbar nach dem Abschalten der Fluid-Heizeinrichtung das Fluid nicht mehr geheizt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Quarzmantel ein Quarzrohr, das den Strahler in Form eines elektrischen Heizelements enthält. Vorzugsweise enthält wenigstens ein Teilabschnitt des Qüarzrohrs einen Heizdraht. Wenn mehrere Teilabschnitte des Quarzrohrs ein Heizelement enthalten, wird durch das Zusammenschalten der mehreren Heizelemente eine größere Heizleistung er¬ zielt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Er¬ findung ist ein Sicherheits-Temperaturfühler an dem, dem Teilabschnitt des Quarzrohrs gegenüberliegenden Außenum- fangsabschnitt des Fluidrohrs vorgesehen. Vorzugsweise wird ein durch den Heizdraht fließender Heizstrom abge¬ schaltet, wenn die von dem Sicherheits-Temperaturfühler gemessene Temperatur einen vorbestimmten Temperaturwert erreicht. Der von dem Sicherheits-Temperaturfühler gelie¬ ferte Wert für die Temperatur zeigt überdies an, ob Gas durch das Fluidrohr strömt, da in diesem Fall die Heiz¬ wärme durch das Fluidmedium an den Außenumfangsabschnitt des Fluidrohrs transportiert wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Er¬ findung ist ein zweiter Temperaturfühler an einem Auslaß des Fluidrohrs vorgesehen. Vorteilhafterweise wird der von dem zweiten Temperaturfühler ermittelte Temperatur- wert zur Regelung der Heizleistung verwendet.

Vorteilhafterweise ist der Strahler ein Infrarotstrahler und das Fluidrohr ist aus Edelstahl, ein Keramikrohr oder ein mit Keramik oder einem Keramikrohr ausgekleidetes Stahlrohr. Dadurch wird ein großer Teil der von dem Strahler emittierten Wärmeenergie an dem Innenumfang des Fluidrohrs in das Fluidrohr zurückreflektiert.

Die Erfindung sowie weitere Vorteile und Ausgestaltungen derselben wird bzw. werden nachfolgend in der Beschrei- bung von Ausfuhrungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausfüh¬ rungsbeispiels einer erfindungsgemaßen Fluid-Heiz- einrichtung; und

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausfüh¬ rungsbeispiels einer erfindungsgemaßen Fluid-Heiz¬ einrichtung.

In den Zeichnungen bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche bzw. entsprechende Elemente.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausfuhrungsbeispiel einer erfin¬ dungsgemäßen Fluid-Heizeinrichtung 1 schematisch darge- stellt. Die Fluid-Heizeinrichtung 1 weist ein Fluidrohr 2 auf, durch das ein (nicht dargestelltes) Gas strömt, wo¬ bei die Strömungsrichtung durch die Pfeile in Fig. 1 dar¬ gestellt ist. In dem Fluidrohr 2 ist ein Quarzrohr 3 kon¬ zentrisch angeordnet, das einen Heizdraht 4 aufweist. Der Heizdraht 4 besitzt zwei Zuleitungsdrähte 5, 6, die durch Durchlässe in dem Quarzrohr 3 und dem Fluidrohr 2 nach außen geführt sind. Durch Anlegen einer Spannung an die Zuleitungsdrähte 5, 6 wird der Heizdraht 4 mit Energie versorgt und strahlt insbesondere IR-Heizleistung ab, die das in Pfeilrichtung strömende Gas im Durchflußverfahren erwärmt.

Ein Sicherheits-Temperaturfühler 7 fühlt die Temperatur auf der Außenseite des Quarzmantels 3 ab, um bei Übertem¬ peratur die Heizeinrichtung stromlos zu schalten. Ein zweiter Temperaturfühler 8 fühlt analog die Temperatur des Gases stromabwärts von der Fluid-Heizeinrichtung 1 ab. Der Wert der von dem zweiten Temperaturfühler 8 ge¬ messenen Temperatur kann zur Regelung der an den Heiz¬ draht 4 über die Zuleitungsdrähte 5, 6 angelegten elek¬ trischen Leistung verwendet werden, um die Temperatur des Gases konstant zu halten.

In Fig. 2 ist eine Querschnittansicht eines zweiten Aus¬ führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Fluid-Heizeinrichtung 1 weist ein Fluidrohr 2 aus po- liertem Edelstahl auf, in dem ein (nicht dargestelltes) Gas, wie zum Beispiel N 2 -Gas, strömt. Die Strömungsrich¬ tung ist dabei durch die Pfeile angedeutet. Das Gas tritt durch einen quer zum Fluidrohr 2 angeordneten Einlaß 9 in das Rohr 2 ein und durch einen ebenfalls quer zum Flui- drohr 2 und zum Einlaß 9 um 90° versetzt angeordneten Auslaß 10 aus. Im Fluidrohr 2 ist ein Quarzmantel axialsymetrisch angeordnet, der als ein Quarzrohr 3 aus¬ gebildet ist, das sich über den Einlaß 9 und den Auslaß 10 hinaus erstreckt. Im Quarzrohr 3 ist über die schema- tisch angedeutete Länge L in einem Teilabschnitt 11 des Quarzmantels 3 ein (nicht dargestellter) Heizdraht ange¬ ordnet, an dessen Zuleitungsdrähte 5, 6 eine elektrische Spannung angelegt wird, um den Heizdraht zu erwärmen. Im Unterschied zu dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausfüh- rungsbeispiel sind die Zuleitungsdrähte 5, 6 im Quarzrohr 3 geführt und werden an den Quarzrohrenden aus dem Flui¬ drohr 2 herausgeführt. Die Stellen, an denen das Quarz¬ rohr 3 aus dem Fluidrohr 2 austritt, sind mit Abdichtvor¬ richtungen 12, 13 an der Einlaßseite 9 bzw. der Auslaß- seite 10 versehen, die vorzugsweise als Dichtringe ausge¬ bildet sind. Der Sicherheits-Temperaturfühler 7 fühlt die

Temperatur an dem Außenumfang des Fluidrohrs 2 ab. Ein zweiter Temperaturfühler 8 fühlt stromabwärts von dem be¬ heizten Abschnitt 11 des Quarzrohrs 3 an dem Außenumfang eines das Fluid leitenden Rohres die Gastemperatur ab.

Die Erfindung wurde anhand zweier bevorzugter Ausfüh¬ rungsbeispiele beschrieben. Dem Fachmann sind jedoch zahlreiche Abwandlungen und Ausgestaltungen möglich, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke verlassen wird. Beispielsweise kann anstelle eines Gases auch eine Flüssigkeit durch die erfindungsgemäße Heizein¬ richtung erhitzt werden.