DE2840242A1

DE2840242A1 - Heizeinrichtung zur vorwaermung von heizoel

Info

Publication number: DE2840242A1
Application number: DE19782840242
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Phys Dr Meixner; Andreas Ing Grad Schebler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-09-15
Filing date: 1978-09-15
Publication date: 1980-03-27
Also published as: DK385279A; JPS5541400A; US4371778A; ATE3132T1; EP0009136B1; DE2840242C2; EP0009136A2; EP0009136A3

Description

SIEI-IENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München ™ · 78 P 7 1 2 1 BRD

Heizeinrichtung zur Vorwärmung von Heizöl.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizeinrichtung mit einem Wärmeableitungskörper zur Vorwärmung von Heizöl, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher angegeben ist.

Im Zusammenhang mit der zunehmenden Verknappung τοη Heizöl einerseits und den gesteigerten Anforderungen an schadstoffreiem Abgas andererseits wird für Ölbrenner eine elelctrische Vorwärmung des Heizöls beabsichtigt. Durch die damit zu erreichende Verringerung der Viskosität des.Heizöls lassen sich auch noch geringere Durchsatzmengen, z.B. unter 1,4 kg pro Stunde, zuverlässig zerstäuben. Einzelheiten hierzu lassen sich der Druckschrift Eeuerungstechnik, 1978, Seiten 13 bis 30 entnehmen.

Gerade für Kleinanlagen sind die heute handelsüblichen Ölbrenner derart ausgebildet, daß sie für einen relativ großen Leistungsbereich verwendbar sind und eine Anpassung an den speziellen Bedarf des einzelnen Kunden ledig-

Bts 1 BIa / 15.9.1978

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lieh eines Einsetzens einer passenden Düse und einer Justierung der Luftzufuhr bedarf. Ist aber im Ölbrenner außerdem noch eine widerstandsbeheizte elektrische Vorwärmung vorgesehen, so müßte diese auf den jeweiligen Öldurchsatz angepaßt werden. Dies würde eine erhebliche Erschwernis für die Montagearbeiten bedeuten. Es müßte nämlich dafür Sorge getragen sein, daß einerseits eine ausreichend hohe Erwärmung des Öls auf Temperaturen z.B. bis über 70⁰C erreicht wird, und zwar mit relativ raschem Erreichen des Endzustandes. Andererseits darf aber etwa bei kurzzeitigem Stillstand oder bei Unterbrechung der Ölzufuhr keine Ölüberhitzung mit Dampfbildung eintreten, wobei die Dampfbildung insbesondere die weitere Ölförderung beeinträchtigen könnte.

Eine elektrische Heizung mittels einer Heizwicklung würde somit auch eine sehr aufwendige Steuerungselektronik erforderlich machen. Andererseits wird aber stets danach gestrebt, solche Ölbrenner nicht nur möglichst einfach, sondern damit auch betriebssicher auszubilden.

Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine solche Heizeinrichtung zur Vorwärmung von Heizöl anzugeben, mit der ohne besondere Einstellarbeit ein sich etwa über eine Größenordnung erstreckender Bereich der Ölzufuhr abgedeckt werden kann, die sich in einfacher Weise in auch bereits vorhandenen Ölbrenneranlagen (nachträglich) einsetzen läßt und die insbesondere sowohl bei 110 ToIt als auch bei 220 ToIt ohne das Erfordernis einer Umschaltung zu betreiben ist.

Diese Aufgabe wird mit einer Heizeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß gelöst, wie dies im Kennzeichen des Anspruches 1 angegeben ist.

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Die Verwendung von Kaltleitern zur Beheizung in unterschiedlichsten Anwendungsfällen ist bereits seit Jahrsehnten vorgeschlagen worden. Bei einem Saltleiter handelt es sich dabei um ein Bauelement aus einem Material auf der Basis des Bariumtitanats, das durch prinzipiell bekannte Herstellungsmaßnahmen und Dotierungen eine selbststeuernde Temperatur-Widerstandscharakteristik hat.

Bei Kaltleiter-Material, wie es z.B. aus "Keramische Zeit-' hervorgeht, tritt bei der sogenannten Curie-Temperatur, einer spezifischen Materialgröße, mit weiterem Temperaturanstieg ein extremer Anstieg des spezifischen elektrischen Widerstands auf. Pig.1 zeigt ein Diagramm, aus dem die Temperatur-Widerstandscharakteristik mit einer Angabe der Curie-Temperatur und der Steilheit

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hervorgehen.

Aus der deutschen Patentanmeldung P 27 43 880.8 und dem deutschen Gebrauchsmuster G 78 04 316 sind bereits Einzelheiten für den grundsätzlichen Aufbau einer auch bei der vorliegenden Erfindung dem Prinzip nach zu verwenden den Heizeinrichtung mit Kaltleiter-Material bekannt.

Auch sind dort bereits die allgemeinen physikalischen Grundlagen einer solchen Heizeinrichtung beschrieben. Die vorliegende Erfindung, die zum einen die Verwendung einer Kaltleiter-Heizeinrichtung zur Yorwärmung von Heiz öl betrifft und zum anderen die für diesen speziellen Anwendungsfall noch erforderlichen Abwägungen bezüglich der Bemessungen umfaßt, hat eine Heizeinrichtung ergeben, die für eine jegliche Ölzufuhrmenge innerhalb des relativ weiten (und für Beheizung in Frage kommenden) Bereichs von 0,3 bis 2,5 1 pro Stunde)verwendbar ist und die insbesondere auch ohne weitere Abänderung sowohl

^schrift, Band 12, 1964, 766-770

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für 110 ToIt als auch far 220 ToIt passend ist. Diese Heizeinrichtung bedarf somit keiner zusätzlichen Einstellung.

An sich wurde erwartet, daß für einen so großen Spielraum der zu beheizenden Ölmenge und gegebenenfalls der Betriebsspannungen erhebliche individuelle Anpassungen erforderlich werden wurden. Überraschenderweise ist jedoch eine solche Anpassung im Rahmen der vorliegenden Erfindung entbehrlich. Dabei ist berücksichtigt, daß eine Erwärmung des zugeführten Heizöls für größere Zufuhrmengen (im Rahmen des angegebenen Bereichs) nicht so stark zu sein braucht, wie dies z.B. für die an der unteren Grenze liegende Zufuhrmenge von 0,3 1 pro Stunde notwendig ist«

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung geht aus der nachfolgend beschriebenen Fig,2 hervor. Bei diesen Ausführungsbeispiel liegen Einselheiten vor., die auch schon in dem deutschen Gebrauchsmuster G 78 11 098 beschrieben sind. Mit 1 ist die Heizeinrichtung bezeichnet, die einen 'Wärmeableitungskörper 32 mit einem zurAufnahme des Kaltleiter-Heizelements 4 vorgesehenen Zwischenraum 33 hat. Dieses Heizelement hat wie noch angegebene physikalische Größen= Auf den senkrecht zur Darstellungsebene der Figur stehenden Oberflächen des plattenförmigen Heizelements 4 befinden sich im Schnitt dargestellte Elektroden 3. Das Heizelement 4 ist mit Hilfe der keilförmigen Körper 37 und 137» die einen Keilwinkel /'aufweisen, in den Zwischenraum 33 derart eingekeilt, daß außer einer festen Halterung auch guter Diarmekontakt von beiden Oberflächen des Heizelements 4 auf die wärmeableitenden Flächen 35 und 36 des Wärmeableitungskörpers 32 erfolgt. Mit 10 sind duktile Beilagen bezeichnet. Mit 11 sind Anschluß-

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leitungen der Elektroden 8 bezeichnet, an die wahlweise eine Spannung von 110 YoIt oder 220 YoIt (oder einem dazwischenliegenden Spannungswert) angelegt werden können.

Der in der Darstellung der Figur obere Anteil 132 des Wärmeableitungskörpers 32 ist so ausgebildet, daß in die halbkreisförmige zylindrische Aussparung 133 ein solches Rohr mit gutem Wärmekontakt eingelegt werden kann, wie es als Kupferrohr für die Ölförderung von der Tankanlage zum Brenner hin üblicherweise verwendet wird. Mit 134 ist ein zweckmäßigerwei'se zu verwendendes, zum Anteil 132 passendes Gegenstück bezeichnet. Dieses hat den die Aussparung 133 zu einem Zylinder ergänzenden Anteil einer Aussparung. Mit Hilfe der Schrauben 135 läßt sich dieses Teil 134 auf dem Wärmeableitungskörper 32 wie ersichtlich derart befestigen, daß das Kupferrohr 5 der Ölförderungsleitung mit gutem Wärmekontakt fest eingespannt wird. Das Teilstück 134 kann aber auch durch eine vielleicht weniger aufwendige Halterung des Wärmeableitungskörpers 32 am Rohr 5 ersetzt sein.

Ein Wärmeableitungskörper für eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung hat für die Zuführung einer wie oben angegebenen Wärmemenge eine (senkrecht zur Darstellungsebene der Figur) gemessene Länge von z.E. 4,5 cm für ein Rohr 5 mit z.B. 8 mm Außendurchmesser.

Nachfolgend werden für eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung, z.B. für eine solche gemäß dem Aufbau der Fig.2, passende Bemessungen angegeben und erläutert.

Das Kaltleiter-Plättchen 4 hat eine Dicke von ca. 2 mm

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und 10 cm Gesamtfläche beider Plattenoberflächen. Als Kaltleiter-Material für eine vorgegebene Betriebsspannung von 220 YoIt wird ein solches verwendet, das eine Curie-Temperatur T. von 16O°C hat und bei dieser Bezugs-

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temperatur T einen spezifischen elektrischen Widerstand ^₀ Ton ca. 17OOO Ohm·cm aufweist. Die Curie-Temperatur
ist so gewählt, daß sie etwa 10 bis 120⁰C höher liegt
als die Temperatur, die zu beheizendes Öl maximal erreichen soll. Bei einer Durchflußmenge von nur 0,3 1 pro
Stunde erreicht das durchfließende Öl "bei den angegebenen 220 ToIt Betriebsspannung etwa 11O⁰C. Die Temperatur des Kaltleiter-Plättchens 4 stellt sich dabei selbstgeregelt auf eine Temperatur von 170⁰C ein, bei der vom

Plättchen 35 ¥att Heizleistung geliefert werden. Erreicht wird dies, wenn die Steilheit

des ¥iderStandsanstiegs wenigstens 20%/°C beträgt. Fließt unter den gleichen Bedingungen eine Ölmenge von 2 1 pro Stunde hindurch, erfolgt eine Erwärmung des Öls auf immerhin noch 73⁰C, wobei vom Ealtleiter-Plättchen 4 dann
70 Watt abgegeben werden, weil bei größerer abgeführter Wärmemenge das Ealtleiter-Plättchen 4 sich nur noch auf etwa 167⁰C erwärmt.

Soll die Heizeinrichtung auch unabhängig davon sein, ob 110 ToIt oder 220 ToIt angelegt werden, ist ein Kaltleiter-Material mit einem spezifischen Widerstand von z.B. So = 43ΟΟ 0hm·cm bei wiederum 16O⁰C Curie-Temperatur auszuwählen. Bei 110 ToIt wird dann eine Menge von 2 1 pro Stunde hindurchfließenden Öls bei wiederum einer Heizleistung von 70 Watt auf 73 C erwärmt. Im anderen Extremfall, nämlich bei 220 ToIt anliegender Betriebsspannung und nur 0,3 1 pro Stunde hindurchfließenden Öls, wird
bei etwa der angegebenen Steilheit 0L=20%/°C eine Erwärmung auf 170⁰C erreicht.

Die angegebenen Werte für# =17000 bzw. 4300 Ohm· cm kön-

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nen in jeweils einem Bereich variiert werden, dessen Obergrenze bei bis zu 20% größeren Werten (als die oben angegebenen ^-Vierte) liegt. Die untere Grenze des jeweiligen Variationsbereichs für in Frage kommende£-Werte liegt vergleichsweise zu den oben angegebenen Werten bei etwa um einen Faktor 10 niedrigeren Werten. Jeweils kleinere Werte von fO führen zu etwas höherer Temperatur des hindurchfließenden, zu erwärmenden Öls.

Bei dem an zweiter Stelle beschriebenen Bemessungsbeispiel mit wahlweise 110 Volt aüär 220 Volt Betriebsspannung und wahlweise 0,3 bis 2,5 1 pro Stunde hindurchfließenden Öls wird ein Bereich von 1:40 für die Heizung in ausreichender Weise abgedeckt. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Betriebsspannung mit dem Quadrat ihres Wertes in die Berechnungen eingeht.

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Claims

-1- YPA 78 P 7 1 2 1 BRD

Patentansprüche:

Heizeinrichtung zur "Vorwärmung von Heizöl mit einem Wärmeableitungskörper, gekennzeichnet dadurch, daß in der Heizeinrichtung ein plattenförmiges Heizelement aus Ealtleiter-Material mit einer Curie-Temperatur zwischen 120 und 220⁰C zur Beheizung einer beliebigen Ölmenge im Bereich von 0,3 bis 2,5 1 pro Stunde vorgesehen ist.
2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß für eine Betriebsspannung von 220 YoIt ein Ealtleiter-Material mit einem spezifischen ¥iderstand ξ von 1700 bis 20 000 0hm.cm, gemessen bei der Betriebsspannung und bei der Curie-Temperatur dieses Materials, verwendet ist.
.3. Heizeinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß ein Kaltleiter-Material mit einem spezifischen Widerstand von 17 000 Ohm·cm verwendet ist.
4. Heiseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß für eine beliebige Betriebsspannung im Bereich von 110 bis 220 YoIt ein KaItleiter-Material mit einem spezifischen Widerstand von 430 bis 5 000 Ohm·cm, genessen bei einer Meßspannung von 110 bis 220 YoIt und bei der Curie-Temperatur des Materials, verwendet ist.
5. Heizeinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß ein Kaltleiter-Material mit einem spezifischen Widerstand von etwa 4300 Ohm·cm verwendet ist.

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ORIGINAL INSPECTED

-2- YPA 7B Ρ7ΐ2ί BRO
6. Heiseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß das plattenförmige Heizelement e-ne Dicke von 0,5 "bis mm hat,
7. Heiseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß der Wärmeableitungskörper (32, 132) so ausgebildet ist, daß er an einem Ölförderrohr (5) gut wärmeleitend anzubringen ist.

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