Elektrodenkessel zur Dampf- oder Heisswassererzeugung

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 (8ʹ) eines benachbarten Kesselbauteils so angeordnet ist, dass der Endbereich des Formkörpers (62) zwischen dem Stützkörper (61) und der Aussparung (8ʹ) 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.

Beschreibung

[0001] 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.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] 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.

[0005] Der aus Polytetrafluoräthylen bestehende Formkörper gemäss Anspruch 3 hat sich als vorteilhaft bei hohen Temperaturen erwiesen, wie sie in dampferzeugenden Elektrodenkesseln vorkommen.

[0006] 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.

[0007] 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.

[0008] 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.

[0009] 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.

[0010] 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.

[0011] 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.

[0012] 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.

Ansprüche

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.

Zeichnung