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Die Erfindung betrifft ein System zum Erwärmen von in einem Transportrohr strömenden Öl mit einem
Heizrohr und einem darin in Längsrichtung verlaufenden Innenleiter, wobei das Heizrohr aus einem Material mit ferromagnetischen Eigenschaften besteht und Heizrohr und Innenleiter von einem Wechselstrom durchflossen sind und unter Ausnutzung des Skineffektes Wärme erzeugen.
Beim Transport von Flüssigkeiten in längeren Rohren, z. B. von Schweröl in einer sogenannten Pipeline, kann bei niedrigen Temperaturen die Viskosität des öls so gross werden, dass der Transport durch die erhöhte
Reibung erschwert und insbesondere die zum Fördern erforderliche Pumpleistung zu gross wird.
Es ist daher bekannt, das Öl innerhalb des Transportrohres so weit zu erwärmen, dass die Viskosität einen genügend geringen Wert annimmt.
Dabei ist es bekannt (brit. Patentschrift Nr. 1, 050, 618), an mehreren Stellen aussen an dem Rohr elektrische
Heizkörper vorzusehen. Diese Lösung hat aber den Nachteil, dass zu jedem Heizkörper eine Versorgungsleitung geführt werden muss. Ausserdem ist die Erwärmung über die Länge des Rohres sehr unterschiedlich und der
Wirkungsgrad wegen der starken Wärmeverluste gering.
Es ist auch bekannt (USA-Patentschrift Nr. 1, 733, 250), zwischen den Enden des Rohres eine
Wechselspannung anzulegen, die einen das Rohr erwärmenden Strom verursacht. Dabei muss aber das Rohr elektrisch gegen Erde isoliert sein.
Es ist auch bekannt, entlang des Transportrohres ein damit in Kontakt stehendes Heizrohr vorzusehen, das von einem heissen Dampf durchströmt wird. Bei dieser Lösung ist die Erwärmung des Transportrohres unterschiedlich über seine Länge, weil der heisse Dampf während seines Durchganges durch das Heizrohr abkühlt.
Es ist auch eine Anordnung bekannt (USA-Patentschrift Nr. 3, 293, 407), bei der auf einem Transportrohr ein Heizrohr in Axialrichtung durch Punktschweissen befestigt ist. In dem Heizrohr befindet sich axial ein
Innenleiter, und Innenleiter und Heizrohr werden von einem Wechselstrom mit Netzfrequenz durchflossen. Dabei wird in vorteilhafter Weise der Skineffekt ausgenutzt, bei dem der Strom mit einer Eindringtiefe von zirka 1 mm im wesentlichen nur an der Aussenseite des Innenleiters und an der Innenseite des Heizrohres fliesst. Bei dieser
Lösung muss die Wärme von dem Heizrohr auf das Transportrohr übergehen. Dieser Wärmeübergang ist jedoch mit Wärmeverlusten verbunden. Ausserdem ist die Anbringung des Heizrohres an dem Transportrohr verhältnismässig schwierig, weil durch die unterschiedliche Erwärmung starke Dehnungsspannungen auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges System so weiterzubilden, dass es konstruktiv einfacher ist, und ausserdem der Wärmeübergang auf das transportierte Öl verbessert wird.
Die Erfindung besteht darin, dass der Durchmesser des Heizrohres im Vergleich zu dem des Innenleiters, dessen äussere Oberfläche vorzugsweise über die reine Zylinderoberfläche hinaus vergrössert ist, so gross bemessen ist, dass dieses selbst als Transportrohr für das Öl verwendbar ist.
Es ist auch ein Heizkörper bekannt (franz. Patentschrift Nr. 1. 546. 486), bei dem ein Heizrohr und ein koaxial darin verlaufender Innenleiter von einem Wechselstrom durchflossen werden und unter Ausnutzung des Skineffektes Wärme erzeugen. Zwischen Innenleiter und Heizrohr ist ein Füllmittel zur Verbesserung des Wärmeüberganges vorgesehen. Diese Einrichtung dient aber nicht als Transportrohr für durch das Heizrohr strömendes Öl, sondern zur Beheizung eines das Heizrohr umgebenden Mediums.
Bei der erfindungsgemässen Lösung wird also das Heizrohr selbst als Transportrohr für das Öl ausgenutzt, wodurch ein optimaler Wärmeübergang von dem Heizrohr auf das Öl erreicht wird. Das Problem, das Heizrohr unter Erzielung eines guten Wärmeüberganges mit einem Transportrohr zu verbinden, entfällt daher ebenfalls.
Zur Vergrösserung des für den durchfliessenden Wechselstrom wirksamen Widerstandes kann die Oberfläche des Innenleiters, an der der Strom im wesentlichen fliesst, mit Unterbrechungen versehen sein, z. B. in Form von in Axialrichtung verlaufenden Nuten. Die Tiefe dieser Nuten muss dabei grösser sein als die Eindringtiefe des Stromes von zirka 1 mm. Zur Vergrösserung des wirksamen Widerstandes kann auch der Weg für den Strom verlängert werden. Zu diesem Zweck wird z. B. die Oberfläche des Innenleiters so ausgebildet, dass der Strom ausser der Axialrichtung noch eine Komponente in Umfangsrichtung hat. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Oberfläche des Innenleiters mit einer schraubenförmigen Nut versehen ist.
Der Strom kann dann an der Oberfläche des Innenleiters nur entlang des zwischen den Nuten gebildeten schraubenförmigen Steges fliessen, wodurch Stromweglänge und Widerstand erhöht werden.
Die Erfindung ist bei Systemen unterschiedlichster Abmessungen anwendbar, z. B. bei Heizrohren mit einem Durchmesser von 1 bis 48 Zoll.
Das Heizrohr besteht vorzugsweise aus Stahl, der die für den Skineffekt erforderlichen ferromagnetischen Eigenschaften hat. Der Innenleiter kann ebenfalls aus Stahl bestehen. Es kann aber auch aus einem nicht magnetischen Werkstoff, z. B. Kupfer oder Aluminium bestehen.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigen : Fig. 1 das elektrische Ersatzschaltbild des erfindungsgemässen Systems, Fig. 2, 3,4 besondere Ausbildungen des Innenleiters und Fig. 5 ein als Transportrohr dienendes Heizrohr.
In Fig. 1 ist eine Wechselspannungsquelle--l--von 50 bis 60 Hz mit dem Anfang eines Innenleiters --3-- und an einer Stelle--4--mit dem Anfang eines Heizrohres--2--verbunden. Am Ende des Heizrohres--2--ist der Innenleiter an einer Stelle--5--mit der Innenwandung des Heizrohres--2--
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verbunden. Auf Grund des Skineffektes fliesst der durch die Quelle--l-gelieferte Wechselstrom mit einer Eindringtiefe von zirka 1 mm an der äusseren Oberfläche des Innenleiters --3-- und an der inneren Oberfläche des Heizrohres--2--, sofern diese aus einem Material mit ferromagnetischen Eigenschaften bestehen.
An der äusseren Oberfläche des Heizrohres --2-- fliesst kein Strom, so dass dort auch kein Spannungsabfall vorkommt. Erfindungsgemäss ist das öl in dem Zwischenraum --6-- zwischen dem Innenleiter--3--und dem Heizrohr geführt, indem es in dem Heizrohr --2-- transportiert wird. Da die äussere Oberfläche des Heizrohres--2-- strom- und spannungslos ist, kann das Heizrohr --2-- unmittelbar mit einem Medium in Berührung stehen, auch wenn dieses ein leitendes Medium, ein Metall, Erdreich oder Beton ist. Die Wanddicke des Heizrohres - ist zwei-bis dreimal so gross wie die Eindringtiefe des Stromes, also etwa 2 bis 3 mm. Da das öl im Heizrohr--2--nichtleitend ist, braucht der Innenleiter --3-- nicht isoliert zu sein.
In Fig. 2 ist der Innenleiter--3--als Rohr ausgebildet und mit einer Isolation --7-- versehen. Das öl
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Heizrohr--2-.Heizrohr--2--aus Stahl bestehen, so wird der Skineffekt bei beiden Teilen ausgenutzt. Die Wandstärke der beiden Rohre --2,3-- beträgt etwa 3 mm.
Fig. 3 zeigt eine Ausbildung des Innenleiters-3--, dessen Widerstand für den durchfliessenden Strom vergrössert ist. Zu diesem Zweck ist der rohrförmig ausgebildete Innenleiter an seiner Aussenseite mit axial verlaufenden Nuten --22-- versehen, deren Tiefe und Abstand voneinander grösser sind als die doppelte Eindringtiefe des Stromes. Das magnetische Feld kann dann nicht in den Grund der Nuten --2-- eindrigen, so dass in erwünschter Weise der Strom nur an der äusseren Oberfläche der Stege --23-- fliesst. Dadurch ist die Querschnittsfläche verringert und der Widerstand für den Strom erhöht. Der Innenleiter ist wieder von dem durch die gestrichelte Linie angedeuteten Heizrohr--2--umgeben.
In Fig. 4 ist der Weg des Stromes dadurch verlängert, dass der Innenleiter--3--an seiner Oberfläche mit einer entlang einer Schraubenlinie verlaufenden Nut -- 24-- versehen ist. Die Nut ist wieder tiefer als die Eindringtiefe des Stromes. Der Strom kann auf Grund des Skineffektes nur an der äusseren Oberfläche des zwischen der Nut--24--entlang einer Schraubenlinie verlaufenden Steges --25-- fliessen, was einen beträchtlichen längeren Stromweg und einen erhöhten Widerstand bedeutet. Wenn der Abstand der Schraubengänge nicht ihre Tiefe übersteigt, die wieder nicht weniger als das Doppelte der Eindringtiefe des Stromes beträgt, dann ist die effektiv leitende Schicht lediglich die Umfangsfläche des Schraubenganges.
In Fig. 5 dient das Heizrohr wieder direkt als Transportrohr für das öl. Das Heizrohr --2-- hat eine grosse Länge. Der Innenleiter --3-- ist durch eine Isolierhülse-26-, die sich in einem Stutzen--27des Heizrohres--2--befindet, aus dem Heizrohr --2-- herausgeführt. Die nicht dargestellte
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isoliert oder unisoliert sein. Er kann z. B. auch auf dem Boden des durch das Heizrohr --2-- gebildeten Transportrohres liegen und dort befestigt sein. Bei einer solchen Anordnung mit einem Heizrohr --2-- von 48 Zoll, einer Länge von 16 km wurde bei einer Umgebungstemperatur von-45, 6 C eine Heizleistung von etwa 600 W/m erzielt. Der Innenleiter bestand dabei aus einem Kupferkabel mit einem Durchmesser von 1, 96 cm.
Die Spannung betrug 5300 V und der Strom 1750 A. Der Innenleiter kann dabei aus einem Kupferkabel oder aus einem Kupferstab bestehen. Vorzugsweise wird ein Kupferdraht vom Typ 000 verwendet. Der Innenleiter kann auch aus einer Aluminiumleiste mit Rechteckquerschnitt bestehen. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde als Innenleiter ein Aluminiumstab von 1, 9 cm Durchmesser verwendet bei einer Heizrohrlänge von 16 km, einer Spannung von 5110V und einem Strom von 1800 A. Bei einem andern erprobten Ausführungsbeispiel wurde ein Aluminiumstab mit einem Durchmesser von 2, 54 cm verwendet, bei einer Heizrohrlänge von 16km, einer Spannung von 4450 V und einem Strom von 2070 A.
Wenn der in der Mitte angeordnete rohrförmige Stahlinnenleiter einen äusseren Durchmesser von 5, 1 cm und eine Wandstärke von 1 mm hat, dann wird an der Wand des Heizrohres --2-- eine Leistung von 7 W und von dem Innenleiter von 168 W/30 cm Rohrlänge erzeugt. Hiefür ist eine Wechselspannung von etwa 17000 V für 16 km Heizrohrlänge bei einem Strom von 540 A erforderlich.
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