CN105191488A - 用于加热管线的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于加热管线系统的设备，包括至少两个管线(1)，电阻加热元件分别沿所述至少两个管线延伸，其特征在于，每个所述电阻加热元件在至少一个端部(3，5)处被设定与地电位接近的电位，并且所述电阻加热元件在远离该端部(3，5)的位置处连接至直流电源的端子或分别与n相交流电源(9)的相应相(7)连接，其中，当使用n相交流电源(9)时，n是等于或大于2的整数。

Description

用于加热管线的设备

技术领域

本发明基于一种用于加热管线的设备，该设备包括沿管道延伸的电阻加热元件。该电阻加热元件可由管线自身形成，但也可包含例如采用内部加热导体形式的附加加热元件，所述附加加热元件在它们的端部处与电压源电连接。

背景技术

例如，在直线集热式太阳能发电装置、特别是抛物面槽式太阳能发电装置或菲涅尔发电装置中——在这些发电装置中，熔盐流经管线——需要用于加热管线的设备。在此类太阳能发电装置中，管线被连接成形成用于捕集太阳能发电装置中的太阳能的网络。在此类网络中，来自太阳的辐射能借助于反射镜集中到特制的隔热管线上。管线由串联连接的集热器形成。集热器包括将来自太阳的辐射能集中到一个管线区段上的反射镜系统，即所谓的接收器。

用于被有利地加热的管线的应用的另一个示例是供长距离输送熔化物的管线，例如用于液硫的管线。

在太阳能发电装置中，通过接收器捕集的辐射能传递到传热流体。目前，特别地，使用联苯/二苯醚混合物作为传热流体，但这种混合物由于其约400℃的分解温度而在最高工作温度方面受到限制。为了实现能使效率更高的更高工作温度，需要其它传热流体。为此目的，尤其是熔盐，特别是熔融的硝酸盐/亚硝酸盐，例如所谓的太阳盐60——一种比例为60：40的硝酸钠与硝酸钾的混合物——被使用。

然而，熔盐的一个缺点是它们的高熔点。硝酸钠/硝酸钾混合物例如在共熔点(即，在混合比为56：44的情况下在218℃的温度下)熔化。在如太阳能发电装置中出现的长管线网络中，难以使用具有高熔点的熔盐安全地工作。熔盐的冻结会导致管线系统中的相当大的经济损失。该损失的一个诱因例如是熔盐随着它们熔化会发生相当大的体积膨胀。存在配件和管线承受压力并被严重损坏的风险。

为了防止熔盐的冻结，目前通常在长时间中断太阳能发电装置的运转的情况下清空管线系统。或者，也可临时加热管线系统。为此目的，例如，可使用电能或可利用来自有效热存储装置的热。如果利用来自有效热存储装置的热，则热的传热流体通常被泵送通过管线系统。这些方法的缺点是，为此目的需要施加大量电能形式或热能形式的能量。

当为管线提供电加热时，目前这通常通过另外设置耐高温的矿物绝缘电加热导体来实现。然而，在如抛物面槽式太阳能发电装置中使用的太阳能接收器的情况下，无法使用该技术，这是因为单独的接收器由于真空玻璃护套而具有非常良好的相对于周围环境且进而还相对于另外设置的矿物隔热式高温加热导体的隔热。目前，接收器因此借助于在低电压下施加至管线系统自身的高电流强度而被电加热。该方法也称为焦耳加热或阻抗加热。然而，该方法的缺点是，在管线连接器处会发生不同级别的转移电阻或热损失。在具有高电阻的部位产生较大的加热。因此，存在不均匀加热和存在其中被用作载热体的盐的熔点过低的局部点的风险。通过另外设置未与包封的管线隔离并在整个加热路径上具有恒定电阻的内部加热导体，可以避免这些困难，该内部加热导体在两端处与管线电连接。

如果在焦耳加热路径或未绝缘的内部加热导体上施加电压，则单独的电导体需要平行于管线布置以使电路闭合。可设想在地下传导电流，但这通常无法耐受加热所需的高电流强度。土壤中的电阻如预期的那样高，以致待加热的管线处的加热功率减弱，直至完全损失工作性能。这一点特别是在长度超过100m的长管线的情况下得到证实。

管线区段通常是较大管线网络的一部分。该连接的网络自然地处于与地面接近的电位——称为地电位，这是因为工艺过程装置的管线网络通常具有与周围环境的电位的低电阻连接。为使管线网络与被加热的管线区段之间不发生有效的寄生电流流动，管线区段的两个端部需要处于管线网络的电位，也就是地电位。熔盐通常具有良好的导电性。因此，无法防止作为管线部段的相互电绝缘的结果的寄生电流流动。熔融的传热盐将电流从绝缘层传导出来。

通常以这样的方式形成直线集热式太阳能发电装置中的管线区段：它们采用彼此并排的环的形式布置。这种情况下，电加热元件的配线能以这样的方式布置：在与该装置的管线网络连接处的环形管线区段处于地电位并在环路中的反转点/反向点与电流源的端子连接。电压源的第二端子经由低电阻回流线路径与加热元件的接地端连接。由于该回流线路径的使用，防止了电流以不受控的方式流离到周围环境中并且确保了加热导体的全部功能。

然而，在长管线环路的情况下，此类回流线路径是不利的。为了实现回流线路径足够高的电导率，需要具有大截面的线，例如厚铜电缆或铜轨道。

发明内容

本发明的目的是通过在完全维持加热功能的同时省去回流线路径的可能性来降低构建加热系统时的资源消耗，特别是铜的消耗。

此目的通过一种用于加热管线系统的设备来实现，其包括至少两个管线，一个电阻加热元件分别沿所述至少两个管线延伸，每个电阻加热元件都在至少一个端部处被设定与地电位接近的电位并在远离该端部的位置处与直流电源的端子或分别与n相交流电源的一相连接，其中在使用n相交流电源时，n是等于或大于2的整数。

如果通过电流源产生的电位差是浮动的，则在环路起始端与装置的接触处引起其几乎与地电位对应的电位。电流源的浮动电位差可例如借助于在次级侧未接地的变压器而容易地形成。

在本发明的上下文中，与地电位接近的电位是指在电导体接地时设定的电位或替换地在电流强度和电压的大小相同的两个相反相在电导体中彼此相接并因而互相抵消时或者在电导体中具有大小相同的电压和电流强度的直流电压的正、负分量在电导体中互相相接并因而在中性点处互相抵消时设定的电位。因此，该电路对应于双星形电路。这可例如借助于以下来实现：电阻加热元件与交流电源的一相连接，且第二电阻加热元件与交流电源的第二相连接，该第二相与第一相相反，并且两个电阻加热元件在它们的端部处彼此电连接。或者，电阻加热元件还可相应地与直流电压源的正极端子连接，且第二电阻加热元件可与直流电压源的负极端子连接。电路在电阻加热元件在远离电连接部的一端处电连接的部位处闭合，并且馈送给电阻加热元件的电位在电阻加热元件的端部电连接的部位处互相抵消。这样，在电阻加热元件未接地的情况下在电阻加热元件的一个端部处设定了与地电位接近的电位。

电阻加热元件与交流电源的一相或直流电源的一个端子的连接可以发生在电阻加热元件的一个端部处或电阻加热元件的两个端部之间的任意期望位置处。优选地，电阻加热元件在两个端部处被设定与地电位接近的电位，并且电阻加热元件在所述端部之间与直流电源的端子或交流电源的一相连接。电阻加热元件与直流电源的该端子或交流电源的该相连接的位置取决于电阻加热元件的电阻和期望的加热任务。电阻加热元件的电阻可例如通过使用具有不同电导率的材料或使用不同线截面来实现。如果由于制造公差而在电阻加热元件的长度上产生不同电阻，但总体上预期输出相同的加热功率，则这也可能导致连接位置不在电阻加热元件的中心。或者，例如，当例如由于待加热的管线的一个区域绝缘较差而在该区域中需要比管线的另一部分中所需的加热功率要高的加热功率时，选择非居中的连接位置。这种情况下，通过缩短直流电源的该端子或交流电源的该相的连接部与电位设定成与地电位接近的一端部之间的距离来实现在线截面相同的情况下加热功率的提高。

在一优选实施例中，每个电阻加热元件都被分割成至少两个区段，在每个区段的端部设定与地电位接近的电位，并且直流电源的一个端子或交流电源的一相连接在端部之间，由直流电源或n相交流电源馈电的所有区段的端部分别以低电阻、即以明显低于管线电阻的电阻彼此电连接。由于从直流电源或n相交流电源馈电的所有区段的端部的电连接，相应电阻加热元件中的各个电流彼此抵消。特别地，当使用具有非偶数相的交流电源——在这种交流电源中不可能将相移180°的两相馈送到在一个端部处彼此连接的两个电阻加热元件中——时，从交流电源馈电的电阻加热元件的端部之间的电连接意味着交流电源的各相由于该电连接而彼此抵消并且由此在电阻加热元件的端部处设定与地电位接近的电位。

在本发明的一个实施例中，每个区段都从至少两个电源馈电，每个电流源都可以是直流电源或交流电源，并且每个电流源都连接在电阻加热元件上的不同位置。使用多个电流源的一个优点在于，可以在电流源之间实现电阻加热元件的不同路径长度并进而实现各个路径区段的单独的加热功率。

在本发明的一个实施例中，直流电源或交流电源的一相是浮动的，即在电压源上仅存在电压差而不存在绝对电位。如果所有电流源的自电位都是浮动的，则原则上彼此电连接的电流源可以同时工作。然而，在交流电压的情况下，由于电路的电感而可能发生破坏性耦合。特别地，当预期设定不同路径长度和单独的加热功率时，给该区段馈电的至少一个电流源可以是直流电源且至少一个电流源是交流电源。这具有两个电流源可以同时工作的优点。根据电流源的位置，因而可在电流源之间或在电位设定成与地电位接近的一个端部与相邻电流源之间的相应子区段中设定单独的加热功率。当电流源全都是以明显不同的频率或以关于彼此偏移的相工作的交流电源时，电路的破坏性耦合的风险也会降低。

除电流源的同时工作外，也可以使电流源交替地工作。这种情况下，电流分别仅从一个电流源馈送到相应区段中。无论电流源全都是交流电源还是电流源全都是直流电源，交替工作都是可行的。当电流源全都是交流电源时，在交替工作的情况下也不必刻意以互相偏移的相或以不同频率馈送电流。由于分别仅一个电流源馈送电流，所以不同电流源的任何电流也不可能在该区段内互相影响。对于交替工作，当然也可以使用以互相偏移的相或以不同频率工作的交流电源。

如果待加热的管线数大于直流电源的端子数或交流电源的相数，则在使用直流电源时，在管线数大于2的情况下可以分别将两个管线组合以形成一个群组，所述管线的电阻加热元件与直流电源的端子连接，或者在使用n相交流电源的情况下，在管线数大于n的情况下，可以分别将n个管线组合以形成一个群组，所述管线的电阻加热元件与交流电源的各相连接。

例如，可以通过由变换器或晶闸管电路形成多极馈电来实现n相交流电源。具有适当转化比率的变压器实现了与管线电阻的匹配。

如果管线束具有多个加热区段，则可以借助于电子开关装置来将加热区段设计成具有不同电压模式，其中可针对每个加热区段选择不同的电压电平、电压持续时间和频率。

用于管线加热的电阻加热元件可以是例如布设在管线中的加热导体。或者，管线的壁也可以是至少部分地导电的，并且电阻加热元件可以由管线的壁形成。

特别地，在供熔盐通过的管线中，布设在管线中的加热导体具有这样的优点：在盐凝固的情况下，盐均匀地熔化并沿加热导体形成一个通道，在熔化时体积扩大的盐可以经该通道流走。

如果电阻加热元件由管线的壁形成，则优选地，为了导入电流，将包覆有具有良好导电性的材料层的金属带以导电方式沿周向被紧固在管线的壁上，并且该金属带具有背离管线突出的突耳，电流源可连接在该突耳上。借助于周向地紧固在管线上的加热导体，电流可被均匀地馈送到管线的圆周上。

该金属带优选地由与管线相同的材料制成。特别地，当管线和金属带由不具有良好导电性的材料制成时，利用具有良好导电性的材料进行包覆确保了用于导入电流的足够低的电阻以使金属带的发热尽可能低。

由于材料根据温度不同地膨胀，所以特别是在长管线的情况下有利地将管线分割成通过补偿器互相连接的区段。此类补偿器构造成使得由于管线长度扩大而产生的机械力得到补偿。如果管线被用作电阻加热元件，则有必要将各个管线区段互相电连接。为此目的，例如，可以借助于穿过补偿器延伸的至少一个适配器导体使各管线区段彼此电气接触。特别优选地，适配器导体是可按如下所述地设计的加热导体。

熔盐特别是在太阳能发电装置——例如抛物面槽式发电装置或菲涅尔发电装置——中被用作载热体。此类发电装置中的管线分别具有长度至少高达100m、通常高达600m的无曲率路径。由于长的直路径，可以将加热导体插入管道中，所述加热导体不必布设在管道中的弯头周围。

在一优选实施例中，加热导体偏心地布置在管道中，在以最大45°梯度延伸的管道区段的情况下，加热导体的间距在底部比在顶部大。将加热导体偏心地布置在管道中防止了在加热导体的温度相关的长度扩大的情况下加热导体在两个紧固点之间的下垂区域，这种下垂导致加热导体与管线的内壁接触。即使在下垂的情况下，加热导体也不必与管线的内壁进行任何松弛的直接接触。为了紧固加热导体，例如，所述加热导体可以布设在供熔盐流过的管线中的孔眼中。

在超过45°的梯度的情况下，特别是在垂直地延伸的管线区段的情况下，优选地，加热导体在管线中居中地延伸。

然而，除太阳能发电装置中的管线外，根据本发明的设备还适合于具有至少两个预期被加热的管线的所有其它管线系统。例如，载热体可流经此类管线。例如，根据本发明的设备还适合于供原油输送的管线。特别地，在低外部温度下，因而可以防止管线中的油凝固并堵塞管线。此外，根据本发明的设备除提供绝缘外还可用来保持流经管线的介质的温度稳定，以防止流经管线的介质冷却。当然也可以将根据本发明的设备用于进一步加热流经管线的介质。

然而，特别优选的是将根据本发明的设备用于太阳能发电装置中的管线中，以一旦在载热体如盐冻结时(当太阳能发电装置停止工作时可能发生)，则特别是使冻结的载热体熔化。这种情况下，例如，该管线形成太阳能发电装置中的加热环路。

作为对布置在管线中的加热导体的替代，电加热元件也可采取可用以加热管线的任何其它期望形状。因而，例如，也可设置搁靠在管道壁的外侧的外部加热导体。也可为管线设置用作加热元件的导电内护套或外护套。然而，该电加热元件特别优选地是布置在管线中的加热导体。

根据正被输送通过管线的介质，该电加热导体可设置有或未设置有绝缘层。特别地，当在管线中输送导电介质时，加热导体优选是电绝缘的。这种情况下，依然还需要考虑在管线中被引导的介质的温度。用于加热导体的电绝缘的材料需要被选择成使得它相对于管线中存在的温度且特别是相对于电加热导体的温度是稳定的。

在布设在引导熔盐的管线中的电加热导体的情况下，优选地将加热导体配置成具有任何期望截面的管道或通道形式并为管道或通道的壁设置开口，熔盐可经所述开口流入采用管道或通道形式的加热导体的内部，并在加热导体的内部被输送以在盐熔化时尽可能快地形成可供熔盐流过的通道。

除设置有开口的实心外壁外，例如，也可替换地将加热导体配置成环形针织织物或机织织物的形式。为此目的，同样，在针织或机织织物的内部形成有可供已经熔化的盐流过的腔体。

作为对将加热导体配置为中空体——其中在所述中空体的内部形成有可供熔盐流过的通道——的替代，加热导体也可以具有沿轴向延伸的至少一个u形或v形凹部。在该凹部中，盐首先将熔化，从而该凹部形成可供熔盐流过的通道。例如，具有多于一个u形或多于一个v形凹部的加热导体可具有星形截面。例如，这种加热导体也可以配置成具有u形截面的通道形式。

除中空体或具有至少一个u形或v形凹部的加热导体外，还可以设置实心电导体，该实心电导体例如具有卷绕在其周围的金属丝网。这种情况下，熔盐在围绕加热导体的通道已形成在金属丝网的外侧之前首先可在金属丝网中流动。

除上述可能性外，加热导体当然也可以是实心金属丝或采用电缆的形式。加热导体也可由具有良好导电性的材料如铜或铝形成，所述材料由耐腐蚀的护套包围。这防止了具有良好导电性的材料由于正流经管线的盐而腐蚀，这种腐蚀的结果是传热盐被污染并损失其热阻。

此外，也可以使用例如具有导电芯部和电绝缘层的传统导体作为内部加热导体，此外对所述电绝缘层施加耐腐蚀护套。这种情况下，作为耐腐蚀护套的保护性金属护套也用作用于电流的回流导体。或者，也可使用具有由不锈钢组成的绝缘的外护套的双芯装置。此类绝缘加热导体也可搁靠在管线的壁上。

加热导体也可由多个部段构成，例如太阳能发电装置中的每个接收器对应一个部段，所述部段在安装期间例如借助于螺接、焊接或夹固而彼此导电地连接。各部段的设计还提供了借助于切割和重新连接更换一排内的接收器的概念。所述连接需要以永久地实现充分低的转移电阻的方式配置。

当加热导体采用电缆的形式时，一根或多根绞合线被扭绞以形成电缆。该电缆优选地由多于一根的绞合线形成。借助于扭绞绞合线以形成电缆，在电缆的中央形成了间隙通道，已经熔化的盐可流经该间隙通道并且因而可补偿压力。通过使用绞合线扭绞电缆，可制造在其中央具有间隙通道的螺旋绕组。使用电缆的又一个优点是，可有助于热膨胀的水平补偿。此外，可以通过合股类型来调节导体的刚度，从而在相应的扭绞下，电缆具有与刚性导体的强度接近的强度。这使得可以设置较少数量的用于固定电缆以防止其在流动方向上的移位的保持器。

用于通过扭绞来制造电缆的绞合线可采用线的形式，即可以是实心的，或者可采用管的形式。当绞合线采用管的形式且未填充高导电性材料或流动的载热体时，这些绞合线优选地在每一端通过焊接密封。各个管优选地填充有气体，例如空气。由于管状绞合线中的气体，熔盐中的上向力增加。这使得可以减小固定在管道中央附近所需的弹簧的保持力。管状绞合线可具有圆形截面或非圆形截面。例如，非圆形截面是卵形或椭圆形截面。在非圆形截面的情况下，可以更有效地弹性吸收在盐熔化时局部地产生的压力上升。此外，非圆形截面扩大了间隙截面，由此促进了间隙通道中的压力补偿流动。为了获得非圆形截面，例如，可以制造用于形成绞合线的管并且例如借助于轧制来使这些管扁平。使用非圆形管形成绞合线的又一种可能性是肾形截面。借助于例如当利用夹固在圆形成形心轴上来扭绞圆形管时产生的肾形截面，在绞合线之间形成了特别大的间隙通道。由于绞合线被容纳在熔盐中，所以有利地以无应力方式使机械地变形的部分退火以最大限度地降低腐蚀作用的风险。

在绞合线的管状构型的情况下，除电加热外，还可以使用液态或气态载热体来进行加热，该载热体流经管状线。

如果该管线被用作抛物面槽式太阳能发电装置或菲涅尔发电装置的太阳能阵列中的管线，则该管线通常包括供熔盐流过的内管道和由玻璃组成的外套管。内管道与由玻璃组成的外套管之间的空隙被排空。内管道的表面通常构造成使得它吸收太阳辐射并因而被加热。该热然后从内管道传递至正流经管道的载热体。这些区域通常称为接收器。

在所述太阳能发电装置中，管线通常具有u形轮廓，其中管线的一个分支部与流入部连接且第二分支部与流出部连接。管线的分支部无曲率地在通常至少100m、优选地至少300m的路径上延伸。在与流入部和流出部相对的一侧，两个分支部经由横向管道部件互相连接。熔盐然后经由弯头流入横向件中并从弯头流入形成第二分支部的并列第二管线中。在一优选实施例中，管道中用于使流体偏向的弯头每个都具有在管线方向上连续的管线区段，该管线区段利用封闭件密封且加热导体穿过管线区段的封闭件布设。为使电压在绝缘加热导体工作期间不会传递到管线，加热导体通常穿过带绝缘层的管线的封闭件布设。绝缘层同时用于密封目的。

例如，管线区段的封闭件可采用法兰堵头的形式。也可使用耐受管线中产生的压力的任何其它期望的罩盖。然而，优选法兰堵头。

不论加热导体的类型和形式如何，圆棒(Rundstab)优选安装在加热导体的端部上。该圆棒可与加热导体连接，并通过例如焊接接头、螺纹连接或夹固连接以绝缘或非绝缘方式与管线连接。这种情况下，该连接需要配置成使得圆棒与加热导体连接成具有良好导电性。当管线区段的封闭件为法兰堵头时，圆棒为了紧固而例如在填料盒结构中以电绝缘或非绝缘方式被引导并被紧固。为了在绝缘加热导体的情况下防止电流通向管道，填料盒结构的填料盒填料是电绝缘的。借助于填料盒填料，设置了在圆棒与加热导体的套管之间的通向管线中的间隙。该间隙之间可存在最多0.7V的低电压。尽管电压低，但在间隙中和间隙附近高电场强度占主导。当管线系统填充有导电的熔盐时，该高电场强度实现了通向管线壁和在管线壁上的电流流动。

管线内部的内部导体在其入口附近的例如经由法兰堵头的彻底电绝缘抑制了不期望的电流流动。电绝缘可例如构成在填料盒区域中或扁平密封件中。当使用扁平密封件时，还需要使用电绝缘的螺纹连接。

由于用于电绝缘层的材料通常不耐管线内部由于熔盐而占主导的温度，所以可以由于合适的绝热材料而产生温度梯度。因而，例如可以在管线中的法兰堵头区域中容纳用于隔热的纤维材料。该纤维材料可以是例如石英纤维机织织物。加热导体被紧固在其上的圆棒被引导穿过例如由陶瓷或碳化硅组成的耐高温的电绝缘套管。由陶瓷或碳化硅组成的第一套管与不再需要耐高温的第二电绝缘套管邻接。用于第二套管的合适的材料例如是聚四氟乙烯(PTFE)或另一种高温聚合物。两个电绝缘套管由在法兰中终止的又一个套管包围。该法兰利用电绝缘层与第二法兰密封。为使圆棒穿过密封法兰，使用利用密封件密封的填料盒。由于所使用的绝缘材料，填料盒区域中的温度如此低，以致密封件可由标准材料制成。

当凝固的盐被预期在管线中熔化时，加热导体仅需在入口区域中产生少量热以便不会带来形成温度梯度的危险。这可以例如借助于以下方式来实现：加热导体在其进入管线的区域中的电阻比实际的加热区中低。例如，可借助于以下方式来实现较低的电阻：加热导体通向其中的圆棒具有比加热区中的加热导体大的直径。作为替代或附加地，加热导体可在进入管线的区域中包含具有特别良好的导电性的材料以避免加热导体在进入管线的区域中的加热。例如，具有良好的导电性的合适的材料是铜或铝。这种情况下，加热导体在进入区域中可完全或部分地由具有良好导电性的材料制成。因而，例如能使进入区域中的加热导体构造成该加热导体包含实心铜芯。

作为对圆棒的替代，也可使用具有任何其它期望截面的棒。然而，圆棒是优选的。

内部导体也可构建在不带任何绝缘层的管线系统中。这种情况下，入口构造成未设置任何绝缘层。这一点例如在太阳能环路的单独的管线区段不是通过法兰连接件互相连接而是被互相焊接时是特别有利的。于是，无法再借助于用于单独的管线区段的绝缘层来控制整个管线的电阻。当加热导体未与互相焊接的管线区段电绝缘时，在作用电压时具有与管线的电导率与加热管线的电导率的比率成比例的比率的电流流经单独的管线区段和内部导体。根据该比率，在管线处或在加热导体处产生热。通过为加热导体选择充分的截面并为加热导体选择具有非常良好的导电性的材料如铜或铝，能使加热导体的电阻减小至一定程度并使电导率增加至一定程度，以使得电流以充分的强度被传导到内部导体中，并且发热以使得内部加热导体比管线更快地被加热的程度集中在布设于管线内部的加热导体上。管线具有通常比内部导体明显更高的质量并进而具有明显更高的热容量的事实有助于内部导体更快的加热。

在这种具有非绝缘加热导体的装置的情况下，加热导体与管线之间理想地沿整个管线不会出现电位差。管线需要关于支承管线的设备结构电绝缘。

为使加热导体不会被流经管线的熔盐损坏，所述加热导体优选地由耐所使用的盐、特别是硝酸盐引起的腐蚀的材料制成。或者，如上文已经提到的，可以为加热导体设置耐腐蚀护套。如果加热导体由耐腐蚀材料、特别是不锈钢制成，则视温度而定，例如优选地型号为St1.4571和St1.4541以及St1.4301的钢或镍基钢如St2.4856是适合的。

当使用不锈钢如St1.4571时，钝化的、厚约15μm的抗腐蚀金属氧化物/氮化物层首先形成在加热导体上，该层提供对电流流动的相当大的阻力。保护层的电阻有助于控制加热导体系统的电位。甚至低电压也可触发引起腐蚀损坏的导电盐处的电极反应过程。电极反应过程可被设定在一定极限电压之上。抗腐蚀保护层由于过电压而产生保护并因而升高系统的分解电压。

在管线内部使用加热导体使得能在管线中普遍使用高熔点的载热体。这开创了还使用盐混合物作为具有比以前讨论的盐混合物高的熔点的载热体的可能性。因而，例如，可以使用包含硝酸钠作为主要成分的硝酸盐混合物。这具有大幅节约可用于生产钾肥的钾沉淀物的优点。目前，所谓的“太阳盐60”包含按重量计60％的硝酸钠和按重量计40％的硝酸钾。盐中的硝酸钠的比例可增加至按重量计80％或甚至按重量计90％以上。盐的熔点相应地从在包含40％按重量计的硝酸钾和按重量计60％硝酸钠的混合物的情况下的235°上升至在包含按重量计80％的硝酸钠和按重量计20％硝酸钾的混合物的情况下的273°和在包含按重量计90％的硝酸钠和按重量计10％硝酸钾的混合物的情况下的293°。当使用纯硝酸钠时，熔点为306℃。

附图说明

本发明的示例性实施例在附图中示出并且将在下文的描述中更详细地说明。

在附图中：

图1示出带中央馈电点的多个管线，

图2示出被分割成多个区段并且其中每个区段都与馈电点连接的多个管线，

图3示出被分割成两个区段并且其中电流在两个位置处馈送到每个区段的太阳能发电装置中的管线回路，

图4示出进入带内部加热导体的管线中的中央馈电点，

图5在剖视图中示出用于将高电流强度馈送到管道部件中的装置，

图6在三维布置结构中示出如图5所示的装置，

图7示出被用作电阻加热元件的两个管线元件的连接。

具体实施方式

图1通过示例的方式示出带中间馈电点的彼此并列地延伸的多个管线。

出于加热目的，管线1配备有电阻加热元件。该电阻加热元件可以是例如管线的被施加有电压的导电壁。然而，作为替代，可使用电阻加热元件形式的加热导体。这种加热导体可以在管线1的内部延伸或搁靠在管线1的壁的内侧或外侧。

每个管线1都具有第一端部3和第二端部5。流体——例如太阳能发电装置中的熔盐或油或另一种流体——可经第一端部3流入管线1中。例如，流体在第二端部5再次离开管线。这使得例如可以分别将多个管线1的第一端部3与分配器(此处未示出)连接并分别将多个管线1的第二端部5与集热器(此处未示出)连接。

优选地，所有管线5的第一端部3分别与分配器连接且所有管线1的第二端部5与集热器连接。集热器和分配器同样可采用管线形式，其中管线1各自从集热器或分配器分支。

在图1所示的实施例中，各管线包括从第一端部3一直延伸到第二端部5的电阻加热元件。电阻加热元件在第一端部3和第二端部5处被设定与地电位接近的电位。为此，电阻加热元件全都互相电连接。此外，电阻加热元件可以但不一定例如借助于电导体被布设在地下而在电阻加热元件中被设定与地电位接近的电位的位置处接地。

电阻加热元件分别在电位设定成接近地电位的位置之间与交流电源9的相7连接。在图1所示的实施例中，交流电源9的相7的数目对应于管线1的数目。如果相7的数目低于管线1的数目，则分别地将数目与交流电源9所具备的相7的数目相同的管线1组合成一个群组。因而，一个群组的每个管线1然后可与交流电源9的相7连接。对于管线1的又一个群组，则使用另一个交流电源9。

图2示出多个管线，所述管线分别被分割成多个区段且其中每个区段都与馈电点连接。

在管线1很长的情况下，由于电阻加热元件也会由于管线的长度而很长，可能有必要使用多个交流电源9来进行加热。这种情况下，管线1和因此还有电阻加热元件被分割成单独的区段。电阻加热元件在每个区段的端部处彼此导电地连接，从而可设定与地电位接近的电位。电阻加热元件在电位被设定成与地电位接近的两个位置之间与交流电源9的相7连接。借助于该构型，每个区段都以图1所示的方式构造。电阻加热元件互相导电地连接从而设定与地电位接近的电位的这些位置分别体现了一个区段的终止和同时下一个区段的开始。不必直接相邻地使电阻加热元件彼此导电地连接两次，以一次性地限定一个区段的终止和此后新区段的直接开始。电位与地电位接近的一个位置和被馈电的一个位置分别地彼此交替以向各区段馈电。

在图1和图2两者中都可在电位被设定成与地电位接近的两个位置之间居中地设置馈电点。然而，替换地，也可在电位被设定成与地电位接近的两个位置之间偏心地馈电。这种情况下，被馈电的位置取决于例如电阻加热元件的电阻和期望的加热功率。例如，如果不期望均匀地加热，则偏心地馈电。由于电阻加热元件在馈电点与电位被馈送成接近地电位的位置之间的不同长度，产生不同电阻和因此也不同的加热功率。

作为图1和2所示的具有互相平行地延伸的多个直管线的实施例的一个替代，管线也可采取任何其它期望形状。因而，例如在太阳能发电装置中，管线通常呈u形延伸。这种情况下，例如，延伸通过管线1的电阻加热元件可以分别在每个分支部中居中地与电流源连接，并且电阻加热元件可以既在分支部的上端处又在u形管线的基部区域中互相电连接，从而既在互相连接的端部处又在形成“U”的基部的管线中央设定了与地电位接近的电位。然而，替换地，也可以将分支部的端部互相导电地连接并在由管线1形成的“U”的基部中设置馈电点。

除此处示出的交流电源9外，也可使用直流电源。然而，这种情况下，仅两个电阻加热元件可与直流电源的相应端子连接。一个电阻加热元件与直流电源的正极端子连接，且一个电阻加热元件与直流电源的负极端子连接。

图3示出太阳能发电装置中的被分割成两个区段并且其中电流在两个位置处馈送到每个区段的管线回路。

在太阳能发电装置中，每个管线1都采用U形管线环路11的形式。管线环路11的第一端部3与集热器13连接，而该管线环路的第二端部5与分配器15连接。在此处示出的实施例中，电流分别被馈送到管线环路11的分支部17中，且电阻加热元件在分支部17的与集热器13或分配器15连接的那些端部并在分支部17的形成“U”的基部的相对端部以低电阻互相电连接，以便设定与地电位接近的电位。

在图3所示的实施例中，u形管线的每个分支部17形成区段19，该区段19又被分割成三个子区段：具有第一电阻R1的第一子区段21，具有第二电阻R2的第二子区段23，和具有第三电阻R3的第三子区段25。

馈电点27分别设置在第一子区段21与第二子区段23之间和第二子区段23与第三子区段25之间。为此目的，使用了与变压器29连接的交流电源9。变压器29与第一开关装置31如晶闸管开关装置和第二开关装置33邻接，第一开关装置31和第二开关装置33又通过转换开关35互相连接，由此电流经由第一开关装置31被馈送到位于第一子区段21与第二子区段23之间的电阻加热元件中，或者电流经由第二开关装置33被馈送到第二子区段23与第三子区段25之间。

第一子区段21中的相应电阻R1、第二子区段23中的相应电阻R2和第三子区段25中的相应电阻R3的值优选地相等，以使得以低电阻导电地连接的端部处的相会彼此抵消并设定与地电位接近的电位。这种情况下，电阻R1、R2和R3的值可以不同。

除此处示出的晶闸管电路外，变换器电路也是可行的。借助于在次级侧不接地的变压器29，首先产生浮动电位差，且其次由此可以与电阻加热元件的电阻匹配。

下面将通过示例的方式描述图3所示的电路工作的方式。

图3所示的太阳能环路包括具有成对布置的电阻R1、R2和R3的6个电阻区段。例如，R1具有比区域R2和R3差得多的绝缘。

当相1中R1+R2＝R3时以及当在R2与R3之间施加电压时，太阳能环路以各处热量相同的方式被均匀地加热。

当在相2的R2和R3之间施加电压时，加热不均匀且集中在R1区域上。该措施使得可以借助于电路来补偿R1的可能不良的绝缘并实现太阳能环路上的均匀温度分布。

为此目的，图3中的转换开关可以结合在例如温度控制装置中，该温度控制装置通过改变相1和相2的接通时间来调节设定点温度。

相应地，即使在子区段21、23、25的电阻R1、R2、R3相同的情况下，也可根据馈电点在子区段21、23、25中实现不同的加热功率，例如当管线中的液体被不均匀地加热时。

向管线的内部加热导体中的中央馈电的一个示例性实施例在图4中示出。

向内部加热导体37中的馈电经由两个入口39进行，所述入口采用例如填料盒填料41的形式。为了能够耐受管线中发生的流动力，例如，有必要为入口设置例如进入点区域中的钩和孔眼形式的应变消除装置。

图5和6示出可用来向均匀地分布在圆周上的管道部件馈送高电流强度的装置。在该实施例中，管线的壁形成电阻加热元件。

用于馈送高电流强度的装置包括被焊接在管道部件45上的金属带43。优选地，金属带43和管道部件45由相同金属制成。金属带43的长度尺寸设定成使得在焊接之后突耳47从管道侧向地突出。然后，可在突耳47的自由端49处例如借助于此处未示出的夹持装置或螺纹连接形成电连接。该装置具有电连接部现在仅承受低热负荷的优点。低热负荷特别是借助于将突耳47的长度和因此离管线1的距离选择成足够大来实现。

为了产生良好的热接触和电气接触，金属带43被尽可能地拉紧在管道部件45上并被焊接在管道部件45上。例如，通过在管道部件45与金属带43之间引入改善接触的材料如焊接用材料，可实现进一步的接触改善。

如果金属带43由与管线相同的材料如不锈钢制成，则所述金属带具有比较差的导电性。为了改善导电性，例如，可以向金属带43涂敷一层具有良好导电性的材料层51，例如铜。用于涂敷层51的方法要求适合于涂敷厚导电层。这种情况下，层51可例如通过电镀、特别是爆炸电镀(Sprengplattieren)涂敷至金属带43。金属带43和由具有良好导电性的材料组成的层51的厚度尤其取决于所需的电流强度。因而，例如，包覆有3mm厚的铜层51的、约20mm宽且3mm厚的金属带适合于馈送1000A的电流。

通过拉紧金属带43，力被引入管道部件45中。为了消除不允许的变形的可能性，因此有必要将管道部件45制造成足够牢固，即具有足够大的壁厚。在薄壁管道部件的情况下，例如可通过在所述管道部件周围设置钢带以便形成加强区域53来实现牢固性。

如果此处示出的用于馈电的装置利用焦耳加热器工作，则可以观察到该装置具有比被加热的管线要低的温度。借助于金属带在管线1附近的缩小部55，能定向地产生热点，该热点可通过热传导来加热馈电区域。

图7示出被用作电阻加热元件的两个管线元件之间的连接。

为了补偿热引致的管线移动，有必要在长管线1中构建补偿器57，借助于该补偿器使通过补偿器57连接的管线区段59在机械力方面是解耦的/分离的。如果管线区段59通过焦耳加热器加热，则其所需的高电流需要经由补偿器57传送。为了不在补偿器57上形成热点或冷点，补偿器57的电阻率需要与管线1的其余部分刚好一样高。此外，补偿器的比热容也必须与管线的其余部分的比热容对应。如果情况不是这样，则存在在加热阶段会暂时形成冷点或热点的风险。

如果使用波纹管形式的补偿器57，则实现了对这些条件的良好近似，并且这种情况下补偿器波纹管61的壁厚与管线的壁厚对应。这种情况下，还有必要考虑补偿器57的电阻借助于补偿器波纹管61的波纹而切向地增加这一点。非基于波纹管的补偿器可以根本不集成到焦耳加热系统中。对补偿器57提出的机械要求也会使对合适的电阻的调节困难得多。

为了消除这些困难，可以在补偿器57的内部或外部设置柔性适配器导体63。利用适配器导体63，可将补偿器57的电阻调节为管线的其余部分电阻值而不明显改变补偿器的机械特性。可行的适配参数例如为适配器导体63的厚度、长度和材料。通过使用适配器导体63，所有补偿器——甚至是非基于波纹管的补偿器——都可被包括在焦耳加热电路中。除仅一个适配器导体63外，也可以使用多个适配器导体63。

来自适配器导体的电流在一个点被导入管线中。为了将来自该点的电流均匀地分配到管线圆周上，可使用被拉紧并焊接在管线1周围的具有低电阻的金属带65。为此目的，例如，可使用镀铜不锈钢带。

优选地，如图7所示，使用布置在补偿器内部的内部加热导体作为导体。特别地，优选发热并可集中在内部延伸的熔体通道的那些内部加热导体。此类内部加热导体具有例如槽或采用具有分布在圆周上的开口的管的形式。也可使用包括被扭转以形成电缆的多根线的加热导体。通过使用可形成在内部延伸的熔体通道的加热导体，可将熔体经熔体通道从补偿器排出。由此能抵消熔化时的体积增大对补偿器造成的损害。

附图标记清单

1管线

3第一端部

5第二端部

7相

9交流电源

11管线环路

13集热器

15分配器

17分支部

19区段

21第一子区段

23第二子区段

25第三子区段

27馈电点

29变压器

31第一开关装置

33第二开关装置

35转换开关

37内部加热导体

39入口

41填料盒填料

43金属带

45管道部件

47突耳

49自由端

51具有良好导电性的材料层

53增强区域

55缩小部

57补偿器

59管线区段

61补偿器波纹管

63适配器导体

65金属带

R1第一电阻

R2第二电阻

R3第三电阻

Claims (15)

1.一种用于加热管线系统的设备，包括至少两个管线(1)，电阻加热元件(37)分别沿所述至少两个管线延伸，其特征在于，每个所述电阻加热元件(37)在至少一个端部(3，5)处被设定与地电位接近的电位，并且所述电阻加热元件(37)在远离该端部(3，5)的位置处连接至直流电源的端子或分别与n相交流电源(9)的相(7)连接，其中，当使用n相交流电源(9)时，n是等于或大于2的整数。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电阻加热元件(37)在两个端部处被设定与地电位接近的电位，并且所述电阻加热元件(37)在所述端部之间连接至所述直流电源的所述端子或所述交流电源(9)的所述相。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述直流电源或所述交流电源的所述相是浮动的，在电压源上仅存在电压差而不存在绝对电位。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，每个所述电阻加热元件(37)都被分割成至少两个区段(19)，在每个所述区段(19)的端部处被设定与地电位接近的电位，并且直流电源的一个端子或交流电源(9)的一相连接在所述端部之间，由直流电源或n相交流电源(9)馈电的所有所述区段(19)的端部分别地彼此电连接。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，每个所述区段(19)都由至少两个电流源(9)馈电，每个所述电流源都可以是直流电源或交流电源(9)，并且所述电流源分别在不同位置处连接在所述电阻加热元件(37)上。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，给所述区段(19)馈电的至少一个电流源(9)是直流电源且至少一个电流源是交流电源。

7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述电流源(9)全都是交流电源或所述电流源全都是直流电源，所述电流源交替地工作，使得分别仅一个电流源给所述区段馈电。

8.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述电流源(9)全都是交流电源，这些交流电源以不同频率或以关于彼此偏移的相工作，所述电流源同时或交替地馈电。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其特征在于，当使用直流电源时，在所述管线(1)的数目大于2的情况下，分别将两个管线组合以形成一个群组，所述群组的电阻加热元件(37)与直流电源的各端子连接；

或者，当使用n相交流电源(9)时，在所述管线(1)的数目大于n的情况下，分别将n个管线(1)组合以形成一个群组，所述群组的电阻加热元件(37)与交流电源(9)的各相连接。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备，其特征在于，所述电阻加热元件(37)是布设在所述管线(1)中的加热导体。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的设备，其特征在于，所述管线(1)的壁至少部分是导电的，并且所述电阻加热元件由所述管线(1)的壁形成。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，为了导入电流，覆有具有良好导电性的材料层(51)的金属带(43)以导电方式沿周向被紧固在所述管线(1)的壁上，并且所述金属带(43)具有背离所述管线突出的突耳(47)，电流源能连接在所述突耳处。

13.根据权利要求11或12所述的设备，其特征在于，补偿器(57)被容纳在所述管线(1)中，其中通过所述补偿器(57)连接的管线区段(59)通过至少一个适配器导体(61)彼此电接触，所述适配器导体穿过补偿器(57)延伸。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的设备，其特征在于，载热体流经所述管线(1)。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的设备，其特征在于，所述管线(1)是太阳能发电装置中的加热环路。