DE19823531C2 - Beheizbare Transportvorrichtung für Medien - Google Patents
Beheizbare Transportvorrichtung für MedienInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine beheizbare Transportvorrichtung für Medien.
Medien wie z. B. Gase oder Flüssigkeiten werden häufig in Tanks
transportiert, die auf Eisenbahnwaggons oder Lastkraftwagen befestigt sind.
Bei niedrigen Umgebungstemperaturen kann das Medium in dem Tank
gefrieren und dadurch der Tank gegebenenfalls sogar beschädigt werden.
Aus DE 90 01 187 ist ein Flüssigkeitsbehälter mit Heizung bekannt, der mit
Mitteln zum Heizen der Flüssigkeit versehen ist. Diese Mittel stellen
elektrische Heizelement dar, die entlang der Umfangswandung des Behälters
angebracht und jeweils in einem Gehäuse angeordnet sind. Weiterhin ist aus
US 3,697,728 eine Heizvorrichtung für Flugzeuge bekannt, in der eine
flexible Heizfolie mit einer Widerstandsmasse beschichtet oder durchtränkt
ist. Bei dieser Heizfolie sind Leiterbänder an den gegenüberliegenden Kanten
der Folie angebracht, über die der Strom zugeführt wird. Diese Heizfolie mit
Leiterbändern ist von elektrisch nicht-leitenden Schichten allseitig umgeben.
Schließlich offenbart US 3,364,337 eine Heizvorrichtung für Rohre, bei der
Heizstreifen, die jeweils ein Widerstandselement umfassen, bei dem die sich
längs erstreckenden Elektroden so an das Widerstandselement angelegt sind,
daß dieses Widerstandselement in seiner Länge vom Strom durchflossen wird.
Die Heizstreifen sind in Isolierschichten eingebettet, die beispielsweise aus
Glasfasern bestehen können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Transportvorrichtung für
Medien zu schaffen, mit der ein Medium während des Transports auf einer
vorgegebenen Temperatur gehalten werden kann, ohne Sicherheitsrisiken wie
z. B. eine Explosion oder einen Brand hervorzurufen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß diese Aufgabe durch eine
Transportvorrichtung gelöst werden kann, die mit einem
Widerstandsheizelement versehen ist, das mit geringen Spannungen betrieben
werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Transportvorrichtung für
Medien gelöst, die einen Behälter zur Aufnahme des Mediums umfaßt, wobei
der Behälter zumindest teilweise direkt oder über eine Zwischenschicht mit
einer Widerstandsschicht, die ein elektrisch leitendes Polymer umfaßt,
bedeckt ist, und an der Außenseite der Widerstandsschicht mindestens zwei
die Widerstandsschicht zumindest teilweise bedeckende flächige Elektroden
voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Elektroden bilden zusammen
mit der Widerstandsschicht und gegebenenfalls der Zwischenschicht ein
Widerstandsheizelement.
Durch die erfindungsgemäße Transportvorrichtung kann der Behälter ein
fach und zuverlässig beheizt werden. Das Widerstandsheizelement wird ein
seitig, d. h. nur von außen mit der Stromversorgung verbunden. Diese ein
seitige Kontaktierung erfolgt über die zwei oder mehreren flächigen Elek
troden, die auf der Widerstandsschicht angeordnet und an eine Stromversor
gungsquelle angeschlossen sind. Diese Konstruktion weist den Vorteil auf,
daß der Wärmeübergang von der Widerstandsschicht zum Behälter nicht
durch Kontakte behindert wird und die Elektroden für den Stromanschluß
leicht zugänglich sind.
Zudem dient das Widerstandsheizelement mit elektrisch leitendem Polymer
als schwarzer Körper. Dieser Körper kann Strahlungen aller Wellenlängen
abgeben. Mit abnehmender Temperatur verschiebt sich die Wellenlänge der
abgestrahlten Strahlung immer mehr zum Infrarot. Diese Infrarotstrahlung
kann bei einem Behälter, der diese Strahlungen transmittiert, in den Behälter
eindringen und das darin befindliche Medium erwärmen. Durch die Tie
fenwirkung sind in der Widerstandsschicht selber keine hohen Temperaturen
erforderlich. Insbesondere beim Transport von Medien in dem Behälter, die
zu einer Zersetzung neigen, ist die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
erzeugte Erwärmung in der Tiefe durch Infrarotstrahlung besonders vorteil
haft.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchfließt der Strom, der an die
Elektroden angelegt wird, die Widerstandsschicht im wesentlichen in der
Dicke. Die Elektroden bestehen vorzugsweise aus einem gut leitenden Ma
terial, z. B. Metallfolien. Örtliche Überhitzungen können so durch die gute
Wärmeleitfähigkeit der Elektroden abgeleitet werden. Überhitzungen kön
nen somit nur in Richtung der Schichtdicke auftreten, die z. B. 1 mm betra
gen kann, und wirken sich aber aufgrund der geringen Schichtdicke bei dem
flächigen Widerstandsheizelement nicht negativ aus. Ein weiterer Vorteil
eines solchen Aufbaus des Widerstandsheizelementes bei der erfindungsge
mäßen Vorrichtung liegt darin, daß auch eine von außen oder vom Behälter
hervorgerufene lokale Temperaturerhöhung durch das Widerstandsheizele
ment ideal ausgeglichen werden kann.
Durch den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Elektro
den an der Außenseite der Widerstandsschicht angeordnet sind, durchläuft
der Heizstrom, der an diese Elektroden angelegt wird, die Strecken zwi
schen einer der Elektroden zu der Zwischenschicht bzw. dem Behälter und
von dieser bzw. diesem zurück zu der anderen Elektrode. Aufgrund dieses
Stromflusses kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit extrem
niedrigen Spannungen gearbeitet werden und durch diese eine konstante
Temperatur erzeugt werden. Durch diese Isolierung wird zusätzlich die be
nötigte Versorgungsspannung verringert. Diese Verringerung ist unter ande
rem darauf zurückzuführen, daß durch die Isolierung zwischen den Elektro
den ein Widerstand gebildet wird. Wird Luft als Isolierung verwendet, so
bestimmt sich der Widerstand durch den Abstand der Elektroden zueinander
und damit durch den Oberflächenwiderstand.
Trotz der geringen Versorgungsspannung kann mit dem erfindungsgemäß
verwendeten Heizelement auch bei Langzeitbetrieb eine Leistung von 30
kW/m2 erzielt werden. Die geringen Spannungen sind bei der erfindungsge
mäßen Vorrichtung von besonderem Vorteil. Beim Transport von Medien ist
die erfindungsgemäße Vorrichtung den Witterungsbedingungen ausgesetzt.
Insbesondere bei Regen oder Schneefall kann die Vorrichtung somit mit
Wasser in Kontakt treten. Durch die extrem niedrige Spannung, die bei der
erfindungsgemäßen Vorrichtung benötigt wird, tritt dadurch aber kein Si
cherheitsrisiko auf. Weiterhin ist es möglich, die erfindungsgemäße Vor
richtung aufgrund der geringen Spannung durch eine herkömmliche Span
nungsquelle z. B. eine Batterie zu betreiben. Diese kann in einfacher Weise
auf dem Eisenbahnwaggon oder dem Lastkraftfahrzeug angebracht werden.
Im letzteren Fall kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch durch die
Batterie des Lastkraftfahrzeuges mit Spannung versorgt werden, was eine
zusätzliche konstruktive Vereinfachung darstellt.
Der unmittelbare Kontakt der Elektroden wird durch einen zwischen diesen
vorgesehenen Abstand verhindert. Außerdem kann in dem Abstand ein
elektrisch isolierendes Material vorgesehen sein.
Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine
zwischen der Widerstandsschicht und dem Behälter angeordnete Zwischen
schicht vorgesehen. Diese Zwischenschicht besteht aus gut leitendem Mate
rial und verbessert so den Stromfluß von einer Elektrode über die Zwischen
schicht zu der anderen Elektrode. Auch bei dieser Ausführungsform ist es
von Vorteil, daß das Widerstandsheizelement ausschließlich von außen an
eine Stromquelle angeschlossen wird. Die Zwischenschicht kann von dem
Behälter durch Folien isoliert werden. Die Isolation der nicht kontaktierten
Zwischenschicht kann durch bekannte Folien aus Polyimid, Polyester und
Silikonkautschuk erfolgen.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist
die Widerstandsschicht unmittelbar auf dem Behälter angeordnet, der aus
einem elektrisch leitenden Material besteht.
Der Stromfluß von einer Elektrode zur nächsten wird bei dieser Ausfüh
rungsform über die Widerstandsmasse und die Behälterwand geleitet. Auf
grund der bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung anwendbaren niedrigen
Spannungen kann die Einbeziehung der Behälterwand in das Wider
standsheizelement ohne Sicherheitsrisiken erfolgen. Bei dieser Ausgestal
tung ist der Behälter vorzugsweise über den gesamten Umfang mit der Wi
derstandsschicht bedeckt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung zusätz
lich eine Wärmedämmschicht auf. Diese Wärmedämmschicht dient dazu,
Wärmeverluste durch Abstrahlung in die dem Behälter abgewandte Rich
tung zu vermeiden und die von dem Widerstandsheizelement erzeugte Wär
me vorwiegend in Richtung des Innenrohres zu lenken. Die Wärmedämm
schicht kann aus Isolationsmaterialien und gegebenenfalls zusätzlich einer
Reflektionsschicht bestehen.
In einer weiteren Ausführungsform ist der gesamte Behälter von der Wär
medämmschicht umgeben und die Widerstandsschicht sowie die flächigen
Elektroden und die Zwischenschicht sind in einer dem Behälter zugewand
ten Längsnut der Wärmedämmschicht angeordnet. Bei dieser Ausführungs
form kann über einen definierten Bereich, in dem das Heizelement an dem
Behälter anliegt, Wärme an den Behälter abgegeben werden. Gleichzeitig
wird ein Wärmeverlust über den restlichen Bereich des Behälters durch die
Wärmedämmschicht vermieden. Durch die Anordnung des Widerstandshei
zelementes in der Dämmschicht wird ein guter Kontakt der Dämmschicht
über den restlichen Bereich mit dem Behälter gewährleistet. Eine solche
Ausführungsform kann auch für Vorrichtungen, bei denen der Behälter eine
gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, verwendet werden. Bei diesen Behältern
wird die durch das Widerstandsheizelement erzeugte Wärme über die ge
samte Fläche der Behälterwand verteilt und kann so das im Behälter befind
liche Medium zusätzlich erwärmen. Durch diesen Aufbau erfolgt somit zum
einen eine Erwärmung des Mediums durch Infrarotstrahlung vom Wider
standsheizelement und zum anderen eine unmittelbare Erwärmung durch das
Widerstandsheizelement und die Behälterwand.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Widerstandsschicht
eine Kunststoffmatrix aus einem elektrisch leitenden Polymer und ein in der
Matrix fein verteiltes, thermisch und elektrisch isolierendes Füllmaterial.
Durch diesen Aufbau kann der Stromfluß nicht den Weg des geringsten Ab
standes zwischen den Elektroden und der Zwischenschicht oder dem Behäl
ter nehmen, sondern wird am Füllmaterial abgelenkt bzw. aufgespalten. Da
durch wird eine optimale Ausnutzung der zugeführten Energie erzielt. Die
Widerstandsschicht weist darüber hinaus den Vorteil auf, daß sie eine ge
wisse Stabilität aufgrund der Kunststoffmatrix besitzt, durch die Stöße von
der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgenommen werden können, ohne
eine Beschädigung des Widerstandselementes befürchten zu müssen. Da die
Widerstandsschicht gleichzeitig als Abstandhalter zwischen den Elektroden
und der Zwischenschicht bzw. dem Behälter dient, kann ein unmittelbarer
Kontakt zwischen diesen Bauelementen und damit ein Kurzschluss vermie
den werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das elektrisch leitende Poly
mer einen positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes
auf. Hierdurch wird ein Selbstregeleffekt bezüglich der maximal erreichba
ren Temperatur erzielt. Durch diesen Effekt können Überhitzungen des Be
hälters und dadurch verursachte Reaktionen im Behälter vermieden werden.
Insbesondere bei explosiven Medien im Behälter ist die Vermeidung von
Überhitzungen von großer Bedeutung. Auch ein Schmelzen der Wider
standsschicht, das zu einem Kurzschluß und gegebenenfalls zu einem Brand
führen könnte, kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht auftreten.
Der Selbstregeleffekt ist dadurch bedingt, daß aufgrund des positiven Tem
peraturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes der Widerstandsmasse
sich der Stromfluß durch die Widerstandsmasse in Abhängigkeit von der
Temperatur regelt. Je höher die Temperatur ansteigt, um so geringer wird
aufgrund des erhöhten Widerstandes die Stromstärke, bis sie schließlich bei
einem bestimmten thermischen Gleichgewicht unmessbar klein ist. Eine lo
kale Überhitzung und ein Schmelzen der Widerstandsmasse wird somit
vermieden. Dieser Effekt ist bei der vorliegenden Erfindung von besonderer
Bedeutung. Ist der Behälter z. B. nur zur Hälfte mit einem flüssigen Medium
gefüllt, so kann die Wärme in diesem Bereich des Behälters besser abge
führt werden als in dem Bereich, in dem Luft in dem Behälter ist. Aufgrund
der mangelnden Wärmeabfuhr würde sich ein herkömmliches Wider
standsheizelement erhitzen und gegebenenfalls schmelzen. Bei der erfin
dungsgemäßen Vorrichtung hingegen wird dieses Schmelzen durch den
Selbstregeleffekt vermieden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen er
läutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung ohne Wärmedämmschicht;
Fig. 2 Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit einem in die Wärmedämmschicht eingebrach
ten Widerstandsheizelement;
Fig. 3 perspektivische Ansicht der in Fig. 2 gezeigten Ausführungs
form einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 4 Seitenansicht eines erfindungsgemäß verwendeten Widerstandshei
zelementes mit zwei Elektroden und mehreren leitenden Schichten.
In Fig. 1 besteht die Vorrichtung 1 aus einem rohrförmigen Behälter 2 und
einer auf diesem angeordneten Widerstandsschicht 3, die den Behälter 2
vollumfänglich bedeckt. Auf der Widerstandsschicht 3 sind zwei Elektroden
4 und 5 angeordnet, die flächig ausgestaltet sind und durch elektrisch isolie
rende Stücke 6 voneinander getrennt sind. Wird Strom von einer Stromquel
le (nicht gezeigt) an die Elektroden 4, 5 angelegt, so durchfließt dieser die
Widerstandsschicht 3 und gelangt von der einen Elektrode 4 zum Behälter 2.
Der Behälter 2 besteht bei dieser Ausführungsform vorzugsweise aus einem
elektrisch leitenden Material. Der Strom wird in der Wand des Behälters 2
weitergeleitet und fließt durch die Widerstandsschicht 3 zu der zweiten
Elektrode 5. Durch diesen Heizstrom wird die gesamte Widerstandsschicht 3
erwärmt und kann über den Behälter 2 diese Wärme an das Innere des Be
hälters abgeben.
In Fig. 2 ist an einen Teil des Umfangs eines rohrförmigen Behälters 2 ein
Widerstandsheizelement angelegt. Dieses weist eine dem Behälter 2 zuge
wandte elektrisch leitende Schicht 7 auf. Diese Schicht 7 ist flach ausgebil
det und auf der dem Behälter 2 abgewandten Seite mit einer Widerstands
schicht 3 bedeckt. Auf der Widerstandsschicht 3 sind zwei Elektroden 4 und
5 voneinander beabstandet angeordnet. Der Behälter 2 ist über den Bereich,
der nicht mit dem Widerstandsheizelement in Kontakt steht, mit einer Wär
medämmschicht 9 bedeckt. Um diese Wärmedämmschicht 9 ist eine Dämm
schale 10 angeordnet, die sowohl die Wärmedämmschicht 9 als auch das
Widerstandsheizelement 3, 4, 5, 7 umschließt. Die Vorrichtung weist wei
terhin Stromversorgungseinrichtungen 8 auf. Die Stromversorgungseinrich
tungen 8 sind mit Zuleitungen 11 verbunden, die parallel zu der Achse des
rohrförmigen Behälters 2 durch die Dämmschale 10 verlaufen. Diese Zulei
tungen 11 erstrecken sich durch die gesamte Länge der Dämmschale 10 und
können am Ende an eine Stromquelle (nicht dargestellt) angeschlossen oder
mit den Zuleitungen 11 einer weiteren auf dem Behälter 2 angeordneten
Dämmschale 10 mit Widerstandsheizelement und Wärmedämmschicht 9
kontaktiert werden. Zwischen der dem Behälter 2 zugewandten elektrisch
leitenden Schicht 7 und dem Behälter 2 können Materialien zur Verbesse
rung des Wärmeübergangs vorgesehen sein. Diese können sein: Wärmelei
terpasten, Kissen mit wärmeleitendem Material, Silikongummi und andere.
Das Widerstandsheizelement 3, 4, 5, 7 kann bei dieser Ausführungsform
aber auch an die Krümmung des Behälters 2 angepaßt sein, wodurch ein
unmittelbarer Wärmeübergang gewährleistet wird.
Die Elektroden 4, 5 erstrecken sich bei der in Fig. 2 gezeigten Ausfüh
rungsform in Längsrichtung des Behälters 2 und sind in Umfangsrichtung
nebeneinander angeordnet. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, die
Elektroden 4, 5 auf der Widerstandsschicht 3 so anzuordnen, daß diese sich
in Richtung des Umfangs des Behälters 2 erstrecken und axial nebeneinan
der angeordnet sind.
Durch die parallel zu der Behälterachse verlaufenden Zuleitungen können
mehrere Dämmschalen mit einem Widerstandsheizelement und einer Wär
medämmschicht hintereinander auf dem Behälter angeordnet werden und die
Stromversorgung der einzelnen Widerstandsheizelemente parallel geschaltet
werden. Die Zuleitungen sind durch die Dämmschale vor Beschädigungen
bzw. Kontakt mit z. B. Wasser geschützt.
Das Widerstandsheizelement ist vorzugsweise so in der Dämmschale ange
ordnet, daß es unten an dem Behälter anliegt. Diese Position des Heizele
mentes weist den Vorteil auf, daß auch bei einem Behälter, der nur in gerin
gem Maße gefüllt ist, die Wärme von dem Heizelement gut abgeführt wer
den kann.
In Fig. 3 ist der Behälter 2 über den größten Teil seiner Länge mit einer
Dämmschale 10 umgeben. In der Dämmschale 10 ist das Widerstandsheize
lement 3, 4, 5, 7 sowie die Zuleitungen 11 und die Stromversorgungseinrich
tungen 8 angeordnet. Das Widerstandsheizelement erstreckt sich über einen
weiten Bereich der Länge der Dämmschale 10 und endet in der Dämmschale
10. Die Zuführungen 11 treten am Ende der Dämmschale aus und können an
eine Stromquelle (nicht dargestellt) angeschlossen werden. Die Befesti
gungsvorrichtungen, mit denen die erfindungsgemäße Transportvorrichtung
auf einem Waggon oder einem Lastkraftwagen angeordnet werden kann,
sind in Fig. 3 schematisch dargestellt. Diese Befestigungsvorrichtungen sind
vorzugsweise so angeordnet, daß weder die Dämmschale noch das Wider
standsheizelement durch das Aufliegen des Behälters auf den Befestigungs
vorrichtungen Druckbelastungen ausgesetzt wird.
In Fig. 4 ist ein Widerstandsheizelement gezeigt, bei dem eine dünne Wi
derstandsschicht 3 vorliegt. Auf einer Seiten der Widerstandsschicht 3 sind
jeweils eine flächige Elektrode 4, 5 und mehrere leitende Schichten 7 ange
ordnet. Die Elektroden 4, 5 sind jeweils am gegenüberliegenden Ende der
Widerstandsschicht 3 vorgesehen. Die Elektroden 4, 5 und die leitenden
Schichten 7 sind voneinander beabstandet und zu den an der gegenüberlie
genden Seite der Widerstandsschicht 3 angeordneten leitenden Schichten 7
versetzt. Der an die Elektroden 4, 5 angelegte Strom durchfließt bei diesem
Aufbau die Widerstandsschicht 3 und die leitenden Schichten 7 in der
Richtung, die in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet ist. Bei diesem
Stromfluß dient die Widerstandsschicht 3 als eine Serienschaltung mehrerer
elektrischer Widerstände, wodurch eine hohe Leistung erzielt werden kann.
Hierbei wird sowohl der Widerstand in der Dicke der Widerstandsschicht 3,
als auch der Oberflächenwiderstand in den Abständen zwischen den elek
trisch leitenden Schichten 7 bzw. der elektrisch leitenden Schicht 7 und der
Elektrode 4 bzw. 5 genutzt. Zudem bietet der große räumliche Abstand zwi
schen den Elektroden den Vorteil, daß ein unmittelbarer Kontakt zwischen
diesen vermieden werden kann.
Das in Fig. 4 gezeigte Widerstandsheizelement wird in der erfindungsge
mäßen Vorrichtung so verwendet, daß die Seite des Widerstandsheizelemen
tes, an der die Elektroden angeordnet sind dem Behälter abgewandt ist.
Die gezeigten Ausführungsformen können zusätzlich mit Anpreßvorrichtun
gen versehen sein. Diese Anpreßvorrichtungen können wahlweise außen auf
die jeweils dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtungen aufgebracht
werden, z. B. durch Klebebänder oder Spannringe, oder bei der in Fig. 2 und
3 gezeigten Ausführungsform auch unmittelbar an der Außenseite des Wi
derstandsheizelementes angeordnet sein. Im letzteren Fall können die Vor
richtungen aus Schaumgummi bestehen. Insbesondere können auch aufblas
bare oder ausschäumbare Kammern an der dem Behälter abgewandten Seite
des Widerstandsheizelementes vorgesehen sein. Durch die Anpressvorrich
tungen wird ein konstanter Anpressdruck und dadurch ein guter Wärme
übergang vom Widerstandsheizelement zum Behälter gewährleistet.
Der Behälter ist vorzugsweise rohrförmig. Das Widerstandsheizelement
kann aber auch an einen Behälter anderer Form, z. B. an einen Container,
angepaßt werden und diesen weitestgehend bedecken.
Der Behälter kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung z. B. aus Metall
oder Kunststoff, bevorzugt Polycarbonat, bestehen. Wird für den Behälter
ein Material gewählt, das keine elektrische Leitfähigkeit aufweist, so kann
das Widerstandsheizelement eine Zwischenschicht zwischen dem Behälter
und der Widerstandsschicht aufweisen. Es liegt aber auch im Rahmen der
Erfindung, bei einem solchen Behälter ein Widerstandsheizelement vorzu
sehen, das nur die Elektroden und die Widerstandsschicht umfaßt. Bei dieser
Ausführungsform wird der Heizstrom von der einen Elektrode über die Wi
derstandsmasse der Widerstandsschicht, d. h. über das elektrisch leitende
Polymer, zu der anderen Elektrode geleitet. Eine solche Stromführung ist
bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, da die Struktur der Poly
mere einen ausreichenden Stromfluß durch die Widerstandsmasse und so
eine ausreichende Wärmeerzeugung bewirkt.
Als Isolationsstück zwischen den mit Strom kontaktierten Elektroden kön
nen herkömmliche elektrisch isolierende Materialien aber auch z. B. Luft
dienen.
Die Anschlüsse zur Versorgung des Heizelementes mit Strom werden je
nach Bedarf durch beliebig lange isolierte Litzen, aber auch fest angeklebte
Kontakte, hergestellt, wobei bekannte Kontaktierungssysteme eingesetzt
werden können.
Die Widerstandsschicht kann neben dem elektrisch leitenden Polymer ver
schiedene Füllstoffe wie z. B. Glas-, Steinwollfasern, Keramiken oder
Kunststoff aufweisen. Es liegt auch im Sinne der Erfindung, als Wider
standsschicht ein mit elektrisch leitendem Polymer getränktes bzw. be
schichtetes Stützgewebe zu verwenden. Als Stützgewebe kann beispielswei
se eine Glasfasermatte dienen. Weiterhin können Widerstandsschichten
verwendet werden, die Keramikpartikel wie z. B. Barium-Titanat umfassen.
Trotz dieser Keramik kann der Temperaturkoeffizient der erfindungsgemäß
verwendeten Widerstandsmasse des elektrischen Widerstandes negativ sein.
Bei einem negativen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes
wird ein sehr geringer Einschaltstrom benötigt. Zudem regelt sich die erfin
dungsgemäß verwendete Widerstandsmasse bei einer Temperatur von etwa
80°C zurück, so daß ab dieser Temperatur der Temperaturkoeffizient des
elektrischen Widerstandes positiv wird.
Die Widerstandsschicht kann an ihren den Elektroden und gegebenenfalls
der Zwischenschicht oder dem Behälter zugewandten Oberflächen metalli
siert sein. Die Metallisierung der Oberfläche kann durch Aufspritzen von
Metall erfolgen. Durch das Aufspritzen kann sich das Metall an der Oberflä
che der Widerstandsschicht anlagern und verbessert so den Stromfluß zwi
schen den Elektroden, der elektrisch leitenden Schicht bzw. dem Behälter
und der Widerstandsschicht. Zudem wird bei dieser Ausführungsform auch
der Wärmeübergang von der Widerstandsschicht zu dem Behälter verbes
sert.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Zuleitungen, die über die Stromver
sorgungseinrichtungen mit den Elektroden des Widerstandsheizelementes
verbunden sind, auf der äußeren Oberfläche der Dämmschale zu führen.
Es ist auch möglich, nur einen Teil der Länge des Behälters mit der Dämm
schale mit Widerstandsheizelement und Wärmedämmschicht zu versehen.
Weiterhin kann die Größe des Widerstandsheizelementes je nach Anwen
dung so gewählt werden, daß ein oder mehrere Widerstandsheizelemente in
der Wärmedämmschicht angeordnet seien können. Diese können sich bei
einem rohrförmigen Behälter in radialer oder in axialer Richtung erstrecken.
Hierbei können die Widerstandsheizelemente z. B. in mehreren Längsnuten
einer Dämmschicht angeordnet sein.
Die Vorrichtung kann auch einen solchen Aufbau aufweisen, bei dem das
Innenrohr durch einen herkömmlichen Behälter gebildet wird und dieser von
zwei Schalenhälften umgeben ist, wobei mindestens eine der Schalenhälften
ein Widerstandsheizelement umfaßt. Die Schalenhälften sind vorzugsweise
aus Dämmaterial wie z. B. Glasfasern oder Schaumstoff gebildet.
Als elektrisch leitendes Polymer mit einem positiven Temperaturkoeffizien
ten seines elektrischen Widerstandes können insbesondere solche Polymere
verwendet werden, die durch Metall- oder Halbmetallatome, die an die Po
lymere angelagert sind, leitfähig sind. Solche Polymere können durch ein
Verfahren erhalten werden, bei dem Polymer-Dispersionen, Polymer-
Lösungen oder Polymere mit Metall- oder Halbmetallverbindungen oder
deren Lösung in einer Menge versetzt werden, so daß auf ein Polymer-
Molekül annähernd ein Metall- oder Halbmetallatom kommt. Dieser Mi
schung wird ein Reduktionsmittel in geringem Überschuß zugegeben oder
durch bekannte thermische Zersetzung Metall- oder Halbmetallatome gebil
det. Anschließend werden die gebildeten oder noch vorhandenen Ionen aus
gewaschen und die Dispersionslösung oder das Granulat kann mit Graphit
oder Ruß versetzt werden. Dadurch, daß eingebettete Leiterteilchen, z. B.
Graphit, sich nicht berühren müssen, wenn ein wie oben beschrieben herge
stelltes elektrisch leitendes Polymer verwendet wird, ist ein aus dem elek
trisch leitenden Polymer mit Graphit hergestellter Verbundstoff nicht nur
mechanisch widerstandsfähig, sondern es ist auch die Leitfähigkeit unab
hängig von einer mechanischen oder thermischen Beanspruchung. Diese
Unabhängigkeit der Leitfähigkeit ist insbesondere bei der vorliegenden Er
findung von besonderer Bedeutung, da sowohl mechanische als auch ther
mische Beanspruchungen des Widerstandsheizelementes an der erfindungs
gemäßen Vorrichtung auftreten können.
Die erfindungsgemäß eingesetzten elektrisch leitenden Polymere sind vor
zugsweise frei von Ionen. Wie sich gezeigt hat, besitzen Polymere, die Io
nen enthalten, eine nur geringe Alterungsbeständigkeit bei Einwirkung von
elektrischen Strömen. Das erfindungsgemäß verwendete elektrisch leitende
Polymer hingegen ist auch bei längerer Beaufschlagung mit Strom alte
rungsbeständig. Als Reduktionsmittel für das oben beschriebene Verfahren
zur Herstellung eines erfindungsgemäß eingesetzten elektrisch leitenden
Polymers werden solche Reduktionsmittel verwendet, die entweder keine
Ionen bilden, weil sie thermisch bei der Verarbeitung zersetzt werden, wie
z. B. Hydrazin, oder mit dem Polymer selbst chemisch reagieren, wie z. B.
Formaldehyd oder solche, deren Überschuß oder Reaktionsprodukte sich
leicht auswaschen lassen, wie z. B. Hypophosphite. Als Metall oder Halbme
talle werden vorzugsweise Silber, Arsen, Nickel, Graphit oder Molybdän
verwendet. Besonders bevorzugt sind solche Metall oder Halbmetallverbin
dungen, die durch reine thermische Zersetzung das Metall oder Halbmetall
ohne störende Reaktionsprodukte bilden. Insbesondere Arsenwasserstoff
oder Nickelcarbonyl haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Es kön
nen sowohl elektrisch leitende Polymerisate wie Polystyrol, Polyvenylharze,
Polyacrylsäure-Derivate und Mischpolymerisate derselben, als auch elek
trisch leitende Polyamide und deren Derivate, Polyfluorkohlenwasserstoffe,
Epoxyharze und Polyurethane erzeugt werden.
Die erfindungsgemäß verwendeten elektrisch leitenden Polymere können
z. B. hergestellt werden, indem das Polymer mit 1-10 Gew-% (bezogen auf
das Polymer) einer Vormischung, die nach einer der folgenden Rezepturen
hergestellt wurde, versetzt wird.
Beispiel 1: 1470 Gew.-Teile Dispersion von Fluorkohlenwasserpolymers
(55% Feststoff in Wasser), 1 Gew.-Teil Netzmittel, 28 Gew.-
Teile Silbernitratlösung 10%, 6 Gew.-Teile Kreide, 8 Gew.-
Teile Ammoniak, 20 Gew.-Teile Ruß, 214 Gew.-Teile Graphit,
11 Gew.-Teile Hydrazinhydrat.
Beispiel 2: 1380 Gew.-Teile Acrylharzdispersion 60 Gew.-% in Wasser, 1
Gew.-Teil Netzmittel, 32 Gew.-Teile Silbernitratlösung 10%ig,
10 Gew.-Teile Kreide, 12 Gew.-Teile Ammoniak, 6 Gew.-Teile
Ruß, 310 Gew.-Teile Graphit, 14 Gew.-Teile Hydrazinhydrat.
Beispiel 3: 2200 Gew.-Teile dest. Wasser, 1000 Gew.-Teile Styrol
(monomer), 600 Gew.-Teile Ampholytseife (15%ig), 2 Gew.-
Teile Natriumpyrophosphat, 2 Gew.-Teile Kaliumpersulfat, 60
Gew.-Teile Nickelsulfat, 60 Gew.-Teile Natriumhypophospit,
30 Gew.-Teile Adipinsäure, 240 Gew.-Teile Graphit.
Claims (7)
1. Beheizbare Transportvorrichtung (1) für Medien, die einen Behälter (2)
zur Aufnahme des Mediums umfaßt, wobei der Behälter (2) zumindest
teilweise direkt oder über eine Zwischenschicht (7) mit einer Wider
standsschicht (3), die ein elektrisch leitendes Polymer umfaßt, bedeckt
ist und an der Außenseite der Widerstandsschicht (3) mindestens zwei,
die Widerstandsschicht zumindest teilweise bedeckende, flächige Elek
troden (4, 5) voneinander beabstandet angeordnet sind.
2. Transportvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zwischenschicht (7) zwischen dem Behälter (2) und der Wider
standsschicht (3) angeordnet ist, die aus Material, das eine hohe elektri
sche Leitfähigkeit aufweist, besteht.
3. Transportvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Widerstandsschicht unmittelbar auf dem Behälter (2) angeordnet ist
und der Behälter (2) aus einem Material, das eine hohe elektrische Leit
fähigkeit aufweist, besteht.
4. Transportvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Transportvorrichtung zusätzlich eine
Wärmedämmschicht (9) umfaßt.
5. Transportvorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Wärmedämmschicht (9) den gesamten Behälter (2) umgibt und die
Widerstandsschicht (3) sowie die flächigen Elektroden (4, 5) in einer
dem Behälter (2) zugewandten Längsnut der Wärmedämmschicht (9)
angeordnet sind.
6. Transportvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (3) eine Kunststoff
matrix aus einem elektrisch leitenden Polymer und ein in der Matrix fein
verteiltes, thermisch und elektrisch isolierendes Füllmaterial umfaßt.
7. Transportvorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Polymer einen positi
ven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes aufweist.
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