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Vorrichtung zum Erhitzen von Rohren Die Erfindung bezieht sich auf
eine Vorrichtung zum Erhitzen von Rohren und eines diese durchfließenden Mediums
durch eine elektrische Widerstandsheizeinrichtung in Form eines dünnen flachen Heizbandes
auf der Rohroberfläche, wobei das Rohr von einem wärmeisolierenden Material umgeben
ist.
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Die Erhitzung der Rohre, durch die ein gasförmiges oder flüssiges
Medium fließt, dient dazu, das Medium auf einer gewünschten Temperatur zu halten
oder das Gefrieren einer Flüssigkeit in einem Rohr zu verhindern.
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Aus den deutschen Auslegeschriften 106? 353 und 1081 981 sind
bereits elektrisch beheizte biegsame Schläuche bekannt, bei denen jeweils zwei konzentrisch
zueinander angeordnete Heizelemente für die Schlauchbeheizung und des die Schläuche
durchfließenden Mediums verwendet werden, wobei die Heizelemente an einem Ende kurzgeschlossen
werden, so daß sie nur eine Anschlußstelle an dem dem kurzgeschlossenen Ende gegenüberliegenden
Ende benötigen. Der Nachteil einer derartigen Schlauch-bzw. Rohrbeheizung liegt
darin, daß die in Reihe geschalteten Heizelemente, über ihre Länge in Abhängigkeit
von ihren Temperatur-Koeffizienten unterschiedlich erhitzt werden und damit auch
unterschiedliche Wärmemengen abgeben. Bei den bekannten elektrisch beheizten Schläuchen
sind die Heizelemente in das Schlauchmaterial eingebettet, so daß sich in dieser
Hinsicht auch keine Schwierigkeiten bezüglich der Wärmeisolierung ergeben. Anders
liegen die Verhältnisse jedoch, wenn von starren Rohren ausgegangen wird, in die
die Heizelemente nicht eingebettet werden können. Derartige Rohre haben, wenn die
elektrischen Heizelemente auf den Rohren angeordnet und von einem wärmeisolierenden
Material umgeben sind, die Eigenart, daß die zwischen dem Rohr und dem Isoliermaterial
angeordneten schmalen Heizelemente längs verlaufende Luftzwischenräume zwischen
dem Rohr und dem Isoliermaterial entstehen lassen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erhitzen
von Rohren zu schaffen, bei der im wesentlichen über die gesamte Länge des bzw.
der Heizelemente eine gleiche Wärmemenge erzeugt wird, wobei es weiterhin auch darum
geht, die Heizeinrichtung so auszubilden, daß keine wärmeisolierende Luftschicht
zwischen dem Isoliermaterial und der Rohroberfläche entstehen kann und ferner nur
eine Stelle des Rohrsystems für den Anschluß der Heiz- und Steuerelemente sowie
der Spannungsquelle zugänglich ist. Zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden
Aufgabe wird eine Vorrichtung zum Erhitzen von Rohren vorgeschlagen, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß das sich längs der Oberfläche erstreckende und nur einen
Teil des Rohrumfangs bedeckende Heizband ein dünnes Widerstandselement aufweist
und dieses zwischen einem Paar äußerer isolierender Schichten des Bandes gelagert
sowie mit einem Paar langgestreckter Elektroden elektrisch verbunden ist, die, längs
der Seitenkanten des Widerstandselementes verlaufend, sich über die gesamte Länge
des Bandes erstrecken, so daß der Strom quer zur ganzen Länge des Widerstandselementes
fließt, und daß ferner ein Anschlußteil sowohl zur Verbindung mit der Spannungsquelle
als auch mit den Elektroden vorgesehen und an dem einen Ende des Bandes und zugleich
an einer zugänglichen Stelle des Rohres angebracht ist.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung werden in zuverlässiger Weise
unterschiedliche Erwärmungen des Heizelementes bzw. der Heizelemente vermieden,
wobei auch keine Schwierigkeiten hinsichtlich der Wärmeisolierung auftreten. Das
Anschlußteil kann am Ende des Rohres oder an einer besonders gut zugänglichen Stelle
des Rohres angebracht werden, so daß die Spannungsquelle nur an einer leicht erreichbaren
Stelle des Rohres angeschlossen werden
muß. Da sich das Heizband
längs eines Rohres in beliebiger Länge erstreckt, wird das ganze Rohr erhitzt, obgleich
nur ein kleiner Teil des Rohres zum Anschließen elektrischer Leitungen oder zu Reparaturzwecken
für eine Bedienungsperson zugänglich sein muß. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn
das erhitzte Rohr unter der Erdoberfläche verläuft.
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Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann
ein Schalter an den Anschlußteil und an eine Spannungsquelle angeschlossen sein,
wobei ein auf die Temperatur des Mediums ansprechender Thermostat zur Steuerung
des Schalters mit diesem verbunden ist. Dabei kann ein mindestens an einem Ende
geschlossenes, das Medium enthaltendes Rohrstück anschließend an das eigentliche,
beheizte Rohr angebracht sein und auf seiner Oberfläche ein Heizband tragen, das
mit dem Schalter verbunden ist, wobei der Thermostat in der Nähe des geschlossenen
Rohrendes angebracht ist. Eine derartige Ausgestaltung hat den Vorteil, daß die
Temperatur eines in dem Rohrsystem strömenden Mediums nach Maßgabe der niedrigsten
in einem der Rohre des Systems möglichen Temperatur geregelt werden kann, gleichviel,
mit welcher Temperatur das Medium in das Rohrsystem eintritt. Diese bevorzugte Ausgestaltung
der Erfindung ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn an ein zu beheizendes Hauptrohr
mehrere ebenfalls zu beheizende Zweigrohre angeschlossen sind. Dabei ist von dem
Gedanken ausgegangen, daß in dem beheizten, an einem Ende geschlossenen Rohr, dessen
Inhalt ruhend ist, eine niedrigere Temperatur angenommen werden kann als in den
von dem strömenden Medium durchflossenen Rohren. Würde nämlich durch eines der durchströmten
Rohre eine Flüssigkeit bei hoher Temperatur einfließen, die durch einen Thermostaten
abgefühlt wird, welcher auf dem betreffenden Rohr angebracht ist, durch welches
die heiße Flüssigkeit einfließt, dann würde der Thermostat auf die Temperatur der
heißen Flüssigkeit ansprechen und je nach seiner Einregulierung die Heizelemente
ausschalten. Da jedoch in dem an dem Ende abgeschlossenen Rohr der Inhalt ruhend
ist und somit nicht von einer unter Umständen einströmenden heißen Flüssigkeit beeinflußt
wird, bleibt die Temperatur der Flüssigkeit in dem verschlossenen Rohr stets unter
der Temperatur der strömenden Flüssigkeit, so daß stets eine Mindesttemperatur der
strömendn Flüssigkeit insgesamt gewährleistet ist.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnungen beispielsweise
näher erläutert, und zwar zeigt F i g. 1 eine schaubildliche Darstellung einer Heizvorrichtung
für Rohre gemäß der Erfindung, F i g. 2 eine Schnittansicht eines gemäß der Erfindung
erhitzten isolierten Rohres, F i g. 3 eine schaubildliche Ansicht einer Ausführungsform
der Erfindung, F i g. 4 eine schaubildliche Ansicht einer anderen Ausführungsform
der Erfindung und F i g. 5 eine schaubildliche Ansicht einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
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Gemäß den Zeichnungen, insbesondere gemäß F i g. 1 und 2, ist ein
Rohr 1 mit einem wärmeisolierenden Material 2 umgeben, das eine Aussparung 2 a aufweist,
die am Ende des isolierten Rohres vorgesehen sein kann.
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Ein dünnes, flaches, längliches Heizband 3 ist auf der Außenfläche
des Rohres 1 innerhalb des isolierenden Materials angeordnet. Das Heizband 3 weist
zwei äußere, aus einem isolierenden Material, beispielsweise Polytetrafluoräthylen
oder einem Fluor-Halogenkohlenstoff, bestehende Schichten auf, die miteinander und
mit einer Glasasbestschicht heißverklebt sind, wobei die Glasasbestschicht sandwichartig
zwischen den äußeren Schichten gelagert und durch diese vor Wärme und Feuchtigkeit
geschützt ist. Eine leitende Widerstandsschicht 3 a ist in der Glasasbestfaserschicht
eingebettet. Parallel zu den Längskanten des Bandes verlaufen zwei bandförmige Kupferelektroden
3 b, die in leitendem Kontakt mit den Seitenteilen des Widerstandselementes
bzw. der -schicht 3 a angeordnet und durch die Glasasbestschicht bedeckt sind. Eine
den Elektroden 3 b zugeführte Spannung erzeugt einen quer zur Richtung des Bandes
durch das Widerstandselement 3 a fließenden Strom. Infolgedessen wird die gleiche
Wärmemenge pro Flächeneinheit erzeugt, unabhängig von der Länge des Bandes, wenn
der Strom durch das Widerstandselement 3 a fließt. Heizbänder dieser Art, jedoch
ohne die oben beschriebenen, sie bedeckenden Isolierschichten, sind bekannt und
bilden keinen Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Ein Anschlußteil 4 ist am Ende des Bandes 3 vorgesehen und weist ein
flexibles, gebogenes, isolierendes Endstück 4 a auf, an das ein mit Gewinde versehenes
Anschlußstück 4 b angeschlossen ist, in das Leitungen 7, 7' eingeführt sind. Zwei
Drähte 7 a sind mit dem Ende der Leitung 7 und zwei Drähte 7 d mit dem Ende der
Leitung 7' verbunden, wobei in F i g. 1 jedoch nur jeweils einer der Drähte
7 a bzw. 7 d ge-
zeigt ist. Je einer der Drähte 7 a ist mit
je einer der Elektroden 3 b verbunden und die Leitung 7 ist an eine Spannungsquelle
angeschlossen, so daß die Elektroden 3 b über die Drähte 7 a und die Leitung 7 mit
der Spannungsquelle in Verbindung stehen. Wenn die Spannungsquelle angeschlossen
ist, fließt somit Strom durch die Elektroden 3 b und durch das Heiz- bzw. Widerstandselement
3 a hindurch. Die beiden an die Leitung 7' angeschlossenen Drähte 7 a' sind jedoch
nicht mit der Spannungsquelle verbunden; sie dienen dazu, ein weiteres Heizelement
über die Leitung 7' an die Elektroden 3 b des ersten Heizelementes anzuschließen,
so daß die Notwendigkeit entfällt, ein weiteres Heizelement direkt an die Spannungsquelle
anschließen zu müssen.
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Ringförmige Bügel 5 umgeben das Rohr 1 und das Heizband 3, um dieses
fest an seiner Stelle zu halten. Die Breite des Heizbandes 3 beträgt z. B. ungefähr
7,62 cm und ist geringer als der Umfang des Rohres 1, derart, daß das Isoliermaterial
2 mit dem größten Teil der Außenfläche des Rohres 1 in unmittelbarer Berührung ist,
insbesondere, da das Heizband sehr dünn ist, beispielsweise dünner als 0,794 mm.
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Daher ist eine übliche übergroß bemessene Isolierung nicht nötig und
es entstehen keine unerwünschten Luftzwischenräume zwischen dem Isoliermaterial
2 und dem Rohr 1. Tracerrohre oder Heizkabel sowie die Arbeits- und Materialkosten
für das Verbinden von Tracerrohren (Spezialheizrohren) mit dem behandelten Rohr
sind nicht mehr erforderlich. Da die erzeugte Wärmemenge gleichmäßig über eine Oberfläche
von 7,62 cm Breite verteilt wird, ist die Wärmedichte gering, beispielsweise 0,155
Watt/cm2, wodurch eine Verkohlung oder Beschädigung vermieden wird, die auf Grund
einer Überhitzung oder besonders heißer Stellen auftreten könnten. Nach jeder
Abschaltperiode
wird die Wärmezufuhr nur langsam erhöht, so daß die Temperatur des im Rohr vorhandenen
Mediums wiederhergestellt wird, ohne daß selbst die empfindlichsten Medien Schaden
erleiden.
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Die gewählte Isolierschicht des Bandes hat den Vorteil, daß sie durch
das Wetter, eine korrodierende Umgebung, Kondensate, Öle, im Industriebetrieb auftretende
Säuren und Atzmittel nicht beeinträchtigt wird und daß das Material kein Wasser
absorbiert. Wegen dieser Eigenschaften der Isolierschichten hat das Heizband eine
sehr hohe Lebensdauer.
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Da die Spaimungsquelle nur an einem Ende des Bandes angeschlossen
werden muß, können beliebig lange Rohre durch ein entsprechend langes, daran angebrachtes
Band erhitzt werden, während nur der Teil des Rohres, an dem der Anschlußteil 4
angeordnet ist, zu Bedienungs- und Reparaturzwecken zugänglich sein muß. Der Zugang
wird durch die Aussparung 2 a des Isoliermaterials 2 erleichtert, und, wie in F
i g. 2 gezeigt ist, ist eine dünnere Schicht isolierenden Materials 2 b in
der Aussparung 2 a gelagert, die so dünn ist, daß das Anschlußstück 4 b über
die Isolierschicht 2 b hinausragt. Da die elektrischen Anschlüsse im Bereich des
Anschlußteils 4 zusätzliche W X
arme erzeugen, ist eine dünnere wärmeisolierende
Schicht 2 b ausreichend.
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F i g. 3, 4 und 5 zeigen verschiedene erfindungsgemäße Anordnungen
in vereinfachter Darstellung, wobei das Isoliermaterial 2 zwecks klarerer Darstellung
weggelassen ist.
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Wie in F i g. 3 gezeigt ist, werden zwei Rohrabschnitte 11
a und 11 b durch ein Ventil 10 getrennt. Ein Nebenschlußrohr 11 c
verbindet die Rohrabschnitte 11 a und 11 b miteinander. An dem Rohrabschnitt
11 a ist ein Heizband 13 a durch (nicht gezeichnete) Bügel befestigt,
und ein Anschlußteil 14 a an dem einen Ende des Bandes 13 a ist durch ein Kabel
14 h mit einem Schalter 20 verbunden, der durch ein Kabel 20 a an eine (nicht gezeichnete)
Spannungsquelle angeschlossen ist. Das Kabel 14 b entspricht der Leitung 7 in F
i g. 1 und weist demgemäß zwei Drähte auf, die je mit einer der Elektroden des Heizbandes
verbunden sind.
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Auch ein in F i g. 1 gezeigter Thermostat 6 ist mittels einer Thermostatkapillare
6 a mit einem Thermostaten 21 verbunden, der an den Schalter 20 elektrisch angeschlossen
ist und diesen steuert. Wenn die durch den Thermostaten 6 angezeigte Temperatur
eine vorgegebene Temperatur übersteigt, so bewirkt der Thermostat 21 das Ausschalten
des Schalters 20, so daß kein Strom durch das Kabel 14 b zu dem Anschlußteil 14
a fließt.
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Auf den drei Abschnitten des Umführungsrohres 11.c sind Heizbänder
13c angebracht, und an den Enden jedes der IIeizb@inder 13e sind Anschlußteile 1_4c
vorgesehen, die miteinander durch Schaltdrähte 14 d verbunden sind. Ein Anschlußteil
14 c ist durch einen Schaltdraht 14 e mit dem Anschlußteil 14 f am anderen Ende
des Heizbandes 1.3 a verbunden. Der Anschlußteil 141t an einem Ende des Heizbandes
13 Uist ebenso durch einen Schaltdraht mit dem Anschlußteil 14g am Ende des Umführungsrohres
11 c verbunden. Nur jeweils ein Kabel, welches der Leitung 7' in F i g. 1 entspricht,
braucht in je eines der Anschlußteile, abgesehen von dem Anschlußteil 14 a, eingeführt
z u werden. Es handelt sich dabei einmal um das Kabel 14 d, welches die Anschlußteile
14 c, 14 c miteinander verbindet, und zum anderen um das Kabel 14 e, das die Anschlußteile
14 c und 14 f miteinander verbindet. Ein ähnliches der Leitung 7' entsprechendes
Kabel verbindet weiterhin die Anschlußteile 14 g und 14 h miteinander.
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Obgleich alle Rohrabschnitte durch die Heizbänder gleichmäßig erhitzt
werden, muß nur der Anschlußteil 14 a mit dem Schalter 20 verbunden werden.
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Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 ist ein Thermostat 6 auf dem
Heizband eines Rohres angebracht, durch das das Medium strömt. Weist das Rohrsystem
Zweigrohre auf, so kann unter Umständen ein Medium oder eine Flüssigkeit durch eines
der Zweigrohre bei einer hohen Temperatur einströmen, die durch einen auf dem betreffenden
Zweigrohr angebrachten Thermostaten abgefühlt wird, wodurch ein Ausschalten aller
Heizbänder bewirkt wird, obgleich das Medium bzw. die Flüssigkeit in anderen Rohrabschnitten
kälter ist. Unter diesen Verhältnissen kann das Medium bzw. die Flüssigkeit in den
anderen Rohrabschnitten gefrieren, während der Thermostat auf die höhere Temperatur
desjenigen Mediums ansprechen würde, das in das System durch dasjenige Zweigrohr
eintritt, das von dem Thermostaten abgefühlt wird.
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Dieser Nachteil wird durch die in F i g. 4 und 5 gezeigten Anordnungen
beseitigt. Zweigrohre 32 sind gemäß F i g. 4 mit einem Rohr 31 an zwischen Rohrabschnitten
31 a liegenden Stellen verbunden. Auf jedem der Rohrabschnitte ist je ein Heizband
33 angebracht, dessen Anschlußteile 34 durch Schaltdrähte 7, 7' mit anderen Anschlußteilen
bzw. einer Stromquelle verbunden sind. Ein Rohrstück 35 ist an einem Ende mit dem
Rohr 31 verbunden und am anderen Ende geschlossen. Da das Rohr 35 an das Rohr 31
angeschlossen ist, füllt es sich mit der durch dieses Rohr fließenden Flüssigkeit
an, die jedoch darin keine strömende Bewegung ausführt. Das Rohr 35 ist mit einem
Heizband 33 versehen, das durch eine zwei Leitungsdrähte aufweisende Leitung 7'
mit dem ersten an dem Rohr 31 befindlichen Anschlußteil 34 verbunden ist, der über
die Leitung 7 an den Schalter 20 angeschlossen ist, durch den von einer Stromquelle
aus Strom zugeführt wird, die durch den Thermostaten 21 gesteuert wird, dessen Ausdehnungsgefäß
36 auf dem auf dem Rohr 35 vorgesehenen Heizband angeordnet ist. Das Thermostatgefäß
36 kann auch in das im Rohrstück 35 befindliche Medium eingetaucht werden.
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Bei der in F i g. 4 gezeigten Anordnung sind die Elektroden jedes
der Heizbänder 33 mit je zwei Paaren von Drähten 7 a, 7 c' verbunden, wie sie bei
F i g. 1 beschrieben wurden. Eine Leitung 7 führt dem Anschlußteil auf dem Rohrabschnitt
31 a Strom zu, und der Strom fließt von dort durch die Leitung 7' zu dem auf dem
Rohrstück 35 vorgesehenen Anschlußteil.
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Die durch die Thermostaten 21 und 36 und den Schalter 20 in allen
Rohren aufrechterhaltene Temperatur entspricht der Temperatur des im Rohrstück 35
enthaltenen, sich nicht bewegenden Mediums und kann nicht durch ein unter einer
hohen Temperatur durch ein Zweigrohr in das Rohrsystem einfließendes Medium beeinflußt
werden.
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Gemäß der Ausführungsform nach F i g. 5 sind eine Vielzahl von Zweigrohren
42 mit einem Hauptrohr 41 verbunden. Ein Heizband 43 ist auf dem Hauptrohr 41 vorgesehen
und weist an dem einen
Ende einen Anschlußteil44 auf, der durch
einen Draht mit einem durch einen Thermostaten 52 gesteuerten Schaltelement 51 verbunden
ist. Das Abfühlelement 46 des Thermostaten 52 ist an dem Heizband
43 angeordnet. Auf diese Weise wird das Heizband 43 in übereinstimmung
mit der von dem Thermostaten abgefühlten Temperatur ein- und ausgeschaltet.
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Anschlußteile 44 a der Heizbänder 42 a der Zweigrohre
42 sind mittels Leitungen 7, 7' aneinander angeschlossen, wobei eines
der Anschlußteile 44 a mittels der Anschlußleitung 7 an den Anschlußteil 44 b an
dem einen Ende eines Heizbandes 45 a angeschlossen ist, welches
sich auf einem kurzen Rohr 45 befindet, das an beiden Enden geschlossen ist
und das gleiche Medium enthält, welches durch die Rohre 41 und 42 strömt. Der Anschlußteil
44 b steht elektrisch mit dem Schalter 51 a in Verbindung, der über einen Thermostaten
52a gesteuert bzw. betätigt wird, dessen Temperaturabfühlelement
46 a sich an dem Heizband 45 a befindet.
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Infolge der Tatsache, daß die Zweigrohre 42 einen kleineren
Durchmesser als das Hauptrohr 41 haben, wird das strömende Medium in den
Zweigrohren eine andere Temperatur haben als das durch das Hauptrohr 41 strömende
Medium. Aus diesem Grunde sind für das Hauptrohr 41 und die Zweigrohre
42 voneinander unabhängige Schalt- und Thermostateinrichtungen vorgesehen.
Es wäre zwar möglich, ein Temperaturabfühlelement an einem der Zweigrohre anzuordnen;
da jedoch das in das entsprechende Zweigrohr eintretende Medium eine höhere Temperatur
haben kann als das in den anderen Zweigrohren strömende Medium, könnte die Schalteinrichtung
bzw. der Schalter in nicht korrekter Weise betätigt werden, so daß es aus diesem
Grunde vorzuziehen ist, das geschlossene Rohrstück 45 vorzusehen, dessen nicht strömendes
Medium die niedrigste Temperatur, bezogen auf die übrigen Rohre, aufweisen wird.
Der Thermostat 42 a und der Schalter 51 a werden somit in zuverlässiger Weise
die Temperatur auf einer solchen Höhe halten, daß ein Gefrieren des Mediums in einem
der Zweigrohre verhindert wird.