DE2011555A1 - Heizvorrichtung - Google Patents

Description

• Heizvorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf den Skin-Effekt eines fließenden Wechselstromes mit einem in unmittelbarer Nähe oder konzentrisch angeordnetem Stahileiter, der als RUckleitung des Stromkreises dient, wodurch infolge induktiver und magnetischer Wirkungen der effektive Widerstand des Stahlleiters stark erhöht wird.
• Unter den vorstehend genannten Bedingungen fließt der Wechselstrom in einer dünnen Haut (Skin) an der Oberfläche eines Leiters. In einem Rohr mit einer geringen Wanddicke von ca. 1,5 mm - bei vielen Stahlsorten noch weniger - , in das an seinem entferntesten Ende vermittels eines in dem Rohr sich befindenden isolierten Leitungsdrahtes Wechselstrom eingeleitet worden ist, so daß das Rohr die Rtickleitung bildet, wird aufgrund des Skin-Effektes der gesamte Rückfluß des Stromes an der inneren Oberfläche oder Haut des Rohres erfolgen, wobei die äußere Oberfläche elektrisch vollkommen isoliert ist. Diese beachtliche Verminderung des bei dem Rohr tatsächLich vorhandenen Leitungsquerschnittes führt zu einem starken Ansteigen des effektiven Widerstandes, so daß Stahlrohre mit im wesentlichen metallischen Querschnitten im Vergleich zu den Eblichen Kupferdrahtleitungen einen erheblich vergrößerten Widerstand aufweisen und somit zur Wechselstrom-Wideriandsheizung benutzbar sind, wohingegen sie für die Wider-Etandsheizung vermittels Gleichstrom nicht zu verwenden sind.
• Es wurde herausgefunden, daß diese Rohre für die Abgabe einer beachtlichen Wärmeleitung konzipiert werden können, und daß sie als Heizvorrichtung in vielen industriellen und haustechnischen Einsatzgebieten verwandt werden können. Da der Wechselstrom lediglich an der inneren Oberfläche solcher Heizrohre entlangfließt, ist die äußere Wandung des Stahlrohres ohne Stromführung, d.h. vollkommen isoliert. Ublicherweise ist das Rohr geerdet : und kann ohne Schock bzw. elektrischem Schlag berillirt werden. Das Rohr kann z.B.
• in jeder gewllnschten'Größe unmittelbar als Pipeline zum beheizten Transport von Flüssikgeiten o.ä. benutzt werden.
• Solche Heizrohre können in vorteilhafter Weise auch mit sich erstreckenden, d.h. vergrößerten Oberflächen aus dem gleichen Metall zum Einsatz kommen. Quer oder länglich angeordnete Rippen, Flegel oder andere Erhebungen auf der Außenseite vergrößern die äußere, wärmeabgebende Oberfläche, die sich in Kontakt mit dem Gas oder der Fltlssigkeit, das erwärmt werden soll, befindet. Die vergrößerte Oberfläche leitet effektiv einen viel größeren Betrag der vermittels des Skin-Effektes erzeugten Wärme ab als in der bisherigen Anwendung. Zudem sind in der Theorie noch weitere Verbesserungen gefunden worden, die die praktische Anwendbarkeit der Heizrohre fördern.
• Beheizung von Pipelines vermittels des Skin-Effektes Pipelines, die über weite Entfernungen gehen, haben sich, - um die geringen Viskositäten insbesonders der Schweröle bei höheren Temperaturen zu erhalten, solcher Heizrohre bedient, jedoch mit einer sehr geringen Heizleistung von 33 - 50 Watt /m. Die Beheizung der Pipelines vermittels des Skin-Effektes besitzt jedoch trotz der geringen Arbeitsleung der bekannten Ausführungen beachtliche Vorteile, insbesondere gegenüber den bisher zur Anwendung gekommenen anderen Systemen, z.3.: a) die elektrische und direkte Beheizung der Rohrwand unter Ausnutzung der normalen Impedanz oder des Widerstandes gegenüber dem, fließenden Strom, üblicherweise mit eine niedrige Gleichstromspannung.
• b) Beheizung der Rohrwand vermittels eines konventionellen elektrkchen Widerstandes, der an der Wandoberfläche befestigt und gegen diese in geeigneter Weise isoliert ist.
• O) Beheizung der Rohrwand vermittels eines heißen, strömenden Mediums, üblicherweise Dampf, der in gesonderten Leitungen geringeren Querschnitts, die entlang und in Kontakt mit der Pipeline verlaufen, geführt wird.
• Für Pipelines über große Entfernungen, die z.B. vermittels des Dampfsystems beheizt werden, verursachen jedoch die erheblichen Distanzen zu einer zentralen, thermischen Energiequelle, z.B. einem Dampferzeuger, erhebliche Installations- und Wartungskosten. Demgegenüber können die Leitungen ökonomischer über ihre gesamte Länge vermittels des Skin-Effektes beheizt werden, wobei Wechselstrom benutzt wird, dessen Frequenzen so niedrig liegen, daß sie den Standardfrequenzen zwischen 50 und 60 praktisch aller Wechselstromgeneratoren entsprechen.
• Die verschiedenen wirtschaftlichen Vorteile der Installation und die Ausnutzung des Skin-Effekt-Phänomens lassen die Anwendung eines so beheizten Rohres insgesamt wirtschaftlich zu, obwohl die elektrischen Wärmeeinheiten in der Regel teurer bezahlt werden müssen als solche, die aus dem Dampf oder aus aufgeheizten, in dem Rohr zirkulierenden Fldssigkeiten entnommen werden können. Verglichen jedoch mit einer Dampfbeheizung kann die elektrische Beheizung besser Uber wesentlich längere Distanzen transportiertF besser geregelt und insgesamt mit einem besseren Wirkungsgrad eingesetzt werden. Somit besitzt diese Methode der Pipeline-Beheizung entscheidende Vorteile gegenüber den anderen Methoden, die realtiv teuer und aufwendig in der Installation und Wartung sind.
• In der industriellen Praxis ist die Verwendung des Skin-Effektes eines 50-60 Hertz Wechselstromes für die a!iderstndsheizung auf die Beheizung von ölführenden Rohren zur Verringerung der Ölviskosität begrenzt gewesen. Die Lehren aus dem US-Patent 3 293 407 sind ausgenutzt worden und ein relativ kleines, 3/4-zölliges, aus Stahl gefertigtes Heizrohr ist spezifiziert worden.
• Dieses Heizrohr ist immer im weaentlichen in axialer Richtung parallel zu dem ölführenden Rohr ausgerichtet gewesen. Ein innenliegender elektrischer Leitungsdraht bildet den einen Teil des Wechselstromkreises, wobei das entferntere Ende des Drahtes mit der Innenseite des Heizrohres verbunden ist. Der Strom fließt in dem Heizrohr zurück und zwar aufgrund des Skin-Effektes auf der inneren Oberfläche. Besitzt das Stahlrohr eine Wanddicke von mehr als 1 mm, dann fließt auf der Außenseite der Wandung kein Strom Die andere Verbindung des Stromkreises mit der Wechselstromquelle erfolgt von einem Punkt der inneren Wandoberfläche des Heizrohres, der in der Nähe des Eintrittes der isolierten Kupferleitung in das Heizrohr liegt.
• Das Heizrohr ist immer mit im wesentlichen paralleler Ausrichtung zu dem ölführenden Rohr an diesem befestigt worden.
• Die Befestigung an diesem wesentlichen größeren, das Medium transportierenden Rohr erfolgte dabei vermittels Punktschweißung an verschiedenen Stellen. Temperaturen des Heizrohres, die mehr als einige Grade über denen des ölführenden Rohres lagen, konnten nicht zugelassen werden, da Dehnspannungen zum Zerstören dieser Befestigungsart führten. Die Standardausführung der thermischen Isolation der Pipeline bedeckte ebenso die kleinen Heizrohre, um den Wärmeverlust zu reduzieren. Diese Isolation jedoch mußte in gesonderten , kleingeschnittenen Stücken um die bis zu einem 1/2 Dutzend als Anhängsel auf der Oberfläche des ölführenden Rohres angebrachten Heizrohre aufgebracht werden.
• In der Konstruktion der vorbekannten Art bilden die äußeren Wandungen der ölführenden Leitung und des Heizrohres zwei sich tangential berührende Kreise, d.h. sie bilden an der Kontaktstelle einen Winkel von 00. Zwar kann durch die Punktschweißung an einigen wenigen Stellen ein guter Kontakt zwischen den Oberflächen erzeugt werden, doch ist insgesamt gesehen der W§rmetransport von dem Heizrohr zum ölführenden Rohr nicht gut, um nicht zu sagen sehr schlecht, wenn man bedenkt, daß infolge der teilweise nur geringen Temperaturdifferenzen zwischen dem Heizrohr und der Ölleitung der Wärmefluß grundsätlich schon niedrig ist. Ebenso ist das Anbringen der thermischen Isolation bei diesem Typ schwierig und kostspielig.
• Ein anderer Konstruktionstyp sieht vor, daß die Heizrohre zwar wiederum im wesentlichen mit axialer Ausrichtung jedoch im Inneren der ölführenden Leitung vermittels in Abständen angeordneter, gesonderter Halterungen, bestehend aus drei Streben, angebracht sind. Die Nachteile dieses Typs bestehen u.a. in'der Unzulänglichkeit der Heizrohre, in der geringeren Wärmeverteilung und in den größeren Pumpkosten für den Transport des Öles.
• Bedenhtman, daß in diesen Systemen vermittels des Skin-Effektes lediglich ein geringer Wärmefluß erzeugt wurde - nicht mehr als 33 - 50 Watt/m gerader Leitungslänge -dann erkennt man die Notwendigkeit, daß eine große Anzahl dieser Heizrohre auf der äußeren Oberfläche der Pipelines befestigt werden mußten. Bei einer Pipeline mittlerer Größe und bei sehr mittelmäßigen Wintertemperaturen von 0 sind es allein drei Heizrohre für eine 12-zöllige und sechs Heizrohe für eine 30-zöllige Leitung.
• Nunmehr sind Methoden gefunden worden, um den Wärmefluß in Richtung auf die ölführende Leitung und andere benachbarte Materialen durch den Gebrauch von Heizrohren um Größenordnungen zu verstärken, so daß in der praktischen Anwendung eine Wärmeleistung von 300 - 1.700 oder sogar 600 - 1.700 Watt /m gerader Heizrohrlänge möglich ist. Dadurch werden die Kosten infolge der Anwendung einer großen Anzahl von Heizrohren stark reduziert da nunmehr lediglich anstelle von sechs oder mehreren ein Heizrohr notwendig ist.
• Zudem werden auch die Pumpkosten des Öles verringert. Eine weitere Einsparungsmöglichkeit an Kosten ist infolge der besser auszuführenden thermischen Isolation möglich. Obwohl diese verbesserten, erfindungsgemäßen Heizsysteme einzeln oder zusammen die Woglichkeit eines sehr großen Wärmeflußes bieten, sind sie natürlich auch dann von Vorteil, wenn sie dort installiert werden, wo ein geringerer Wärmefluß genügt.
• Verbesserte Ausgestaltungen des Heizrohres können erreicht werden, indem das Heizrohr nähe an der äußeren Oberfläche der Ölleitung anliegt oder direkt einen integrierten Bestandteil der Ölleitung oder dessen Wand bildet. Diese mue Art der Ausführung erlaubt einen wesentlichen größeren Wärmefluß als er vorher möglich war und zwar mit wesentlichen Vorteilen und verbesserter Wirtschaftlichkeit. Diese neuen Typen der Heizrohe vermindert ebenfalls die Kosten für die Leitungsisolation erheblich.
• Es wurde herausgefunden, daß, bei korrekter Ausführung, der Wechselstrom veranlaßt werden kann, nicht den geraden, direkten Weg des geringsten Widerstandes zu gehen, sondern mehrere Male die Länge der Leitung durch spiralgewundene Heizrohre zurückzulegen. Diese spiralgewundenen Heizrohre sind, wie sich herausstellte, sowohl in der Installation als auch in den Betriebskosten erheblich billiger und erlauben zudem einen sehr viel größeren Wärmefluß pro Längenein heit des Heizrohres als dies bei dem bisher benutzten in Längsrichtung verlaufenden Heizrohren möglich war. Entsprechend der viel gleichmäßigeren Beheizung des Leitungsrohres und des Öles werden die Pumpkosten für die Öl-Pipeline wesentlich reduziert. Zwar können diese Heizrohre für jeden geforderten, geringen Wärmefluß eingesetzt werden, doch sind sie besonders vorteilhaft, wenn ein hoher Wärmefluß entsprechend dieser Erfindung angewandt werden soll.
• Weiterhin wurde herausgefunden , daß ein im Innern verlaufen der elektrischer Stahldraht oder Rohr für die "äußere" Leitungsführung dazu benutzt werden kann, einen zusätzlichen Skin-Effekt abzugeben, der noch mehr Wärme erzeugt. Der Gebrauch von Stahl anstelle von Kupfer für dasxMaterial dieses Leiters reduziert die Installationskosten erheblich, und zwar auch dann, wenn der Skin-Effekt dieses inneren Leiters nicht ausgenutzt wird und lediglich die normale Leitfä'higkeit oder Widerstand verbleibt.
• Diese neuen und andere Entwicklungen, die alle Bestand teile dieser Erfindung sind, erlauben durch die Möglichkeit eines größeren Wärmeflußes wesentlich größere Pipelines zum Öltransport zu konzipieren. Zudem ist es nunmehr mUglich,viskosere Öle, z.B. Rohöl oder Altöl, zu transportieren, den-ransport insgesamt unter-kälteren Umgebungstemperaturen vorzunehmen, sowie die Beheizung wesentlich wirtschaftlicher durchzuführen und zwar infolge: a) neuer Ausführungsformen des Heizrohres als integrierter Bestandteil der Wandung eines Leitungsrohres. Es hat sich herausgestellt, daß der Berührungswinkel zwischen der Wandung des Heizrohrabschnittes und-der Ölleitung mindestens 9QO betragen soll, vorzugsweise noch mehr. Ist das Heizrohr in der Wandung der Ölleitung im wesentlichen eingebettet, und in einigen Fällen teilweise von dem Inneren, fließenden Medium umgeben, dann erreicht dieser Winkel das Optimum, d. h.
• 180°; b) höhere Temperaturen der beheizten Ölleitung; c) größere Heizrohre als bisher möglich, d.h.
• Standardgrößen von etwa 3 1/2-zölligenEisenrohren anstelle von 3/4-zölligen Rohren; d) höhere Betriebstemperaturen der Heizrohre umd im wesentlichen viel höhere Temperaturdifferenzen zwischen dem Heizrohr und der Ölleitung; e) spiralgewundene Heizrohre, selbst wenn die zurückzulegende Weglänge des Wechselstroms durch die Wandung des Stahlrohres um etliche Male vergrößert wird; f) Stahldraht oder -Rohre für die Leitung des Wechselstroms, wodurch die Installationskosten gesenkt werden; g) verbesserte Ausführungen der hitze-undurchlässigen .Isolierung des inneren Leiters; h) die Benutzung des Heizrohres selbst als Transportleitung.
• Vermittels dieser und noch weiterer zu beschreibender Merkmale ist es nunmehr möglich, die totale Wärmeabgabe bis zu 300 - 1.700 und in einigen-Fällen sogar bis 600-- 1. 700 Watt /m des geraden Heizrohres zu steigern, im Gegensatz zu den bisher üblichen Werten zwischen 33 und 50 Watt. Dieser hohe Wärmefluß ermöglicht die Installation viel größerer Pipelines in klimatisch wesentlich kälteren Gegenden, und zwar mit geringeren Kosten und ohne eine übermäßige Anzahl von"Heizwehren pro Länge vorsehen zu mUssen.-Ebenso ist ea nunmehr möglich, Pipelinesysteme mit wesentlich längeren Heizrohr-Abschnitten zu betreiben. Hierdurch sind weniger Zwischenstationen notwendig, so daß wiederum Bau- und Betriebskosten sowie antbilige Personalkosten eingespart werden. Weitere Vorteile hinsichtlich der Kosten und Installation und auch des Betriebes werden im Zusammenhang mit den Figuren und deren Beschreibung erläutert.
• Infolge des durch die Erfindung wesentlich erhöhten Wärmeflußes kann solch ein Heizrohr auch in vielen anderen Anwendungsfällen benutzt werden. Es ist nicht allein auf die Anwendung im Zusammenhang mit'einer Ölleitung der vorgenannten Art beschränkt, wie dies z.B. bei der Erfindung entsprechend dem US-Patent 3 293 407 der Fall ist, Solche Anwendungsbeispiele umfassen z.B. die Beheizung eines strömenden Mediums in offenen Räumen und zwischen Mantelflächen (Wårmeaustauschern o.ä.), die z.B. einfache zylindrische Heizrohre sein können.
• Heizrohre andere Formen, z.B. solche mit vergrößerten Oberflächen sind ebenfalls möglich. Weitere Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich bei Bürgersteigen, Straßen, Luftlandeplätzen o.ä., die durch Beheizung frei von Eis und Schnee gehalten werden sollen, indem die Heizrohre in den Zement, Bitumen oder Asphalt etc. eingebettet werden. Raumwände, Böden und Decken können in gleicher Weise beheizt werden, wenn man die Heizrohre in die Haltekonstruktion mit eingebettet. Zum Beispiel können die Heizrohre direkt an den bränden oder an dafür vorgesehene Halterungen in Häusern befestigt werden, bevor diese verputzt werden. In vielen Anwendungsfällen kann die Strukturbedingte Festigkeit der Stahl-Heizrohre direkt für die Bauten oder andere Konstruktionen ausgenutzt werden, d.h. sie können z.B. als notwendige Verstärkung im Zement oder Mörtel verlegt sein. Die Heizrohe können auch mit geschlossenen Flächen, Gittern oder anderen Formelementen verbunden sein, die entweder eine ebene, gekrümmte oder gebogene Oberfläche besitzen und üblicherweise aus Stahl gearbeitet sind, wenn sie als Teil der gesamten Konstruktion verwendet werden.
• Insbesondere können auch sogar sehr große Stahlrohrleitungen zum Transport von Öl o.ä. verwandt werden, die gleichzeitig als Heizrohre selbst fungieren. Zu diesem Zweck ist lediglich ein innerer Leiter notwendig, so daß insgesamt die Installation und Erhaltungskosten sich erheblich reduzieren.
• Die Heizrohre der vorbekannten Art wurden in einigen Fällen mit einem inertem Gas, das unter Druck steht, gefüllt, um so vermittels eines ettl.
• auftretenden Druckabfalles evtl. Lecks in der Rohrleitung bemerken und anzeigen zu können. In gleicher Weise können natürlich die erfindungsgemäßen Heizrohre auf Undichtigkeiten untersucht werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß solch ein Prüfsystem auch mit normaler Luft, die unter, Druck steht, betrieben werden kann.
• Ein noch sensibleres Anzeigesystsem für Undichtigkeite innerhalb der Heizrohre, die mit Ölleitungen verbunden sind, ist bei solchen Heizrohrsystemen möglich, deren Verbindungen untereinander, einschließlich der EinführungsNelle für den elektrischen Leiter sehr genau abgedichtet sind. In diesem Pall kann in dem Heizrohr ein Vakuum hergestellt werden, welches ständig überwacht wird. Ein Druckanstieg zeigt sofort eine Undichtigkeit an. Es kann sein, daß ein absolut wakuumdidies System nicht herstellbar ist und in jedem Fall ein Undichtigkeitsvereist festgestellt wird. Dieser ist jedoch durch eineintermittierende oder kontinuierlich arbeitende Vakuumpumpe auszugleichen. Jeder abrupte Wechsel des mehr oder weniger konstanten Undichtigkeitsverlustes ist jedoch vermittels eines Vakuummessgerätes sofort feststellbar. Es können dann Schritte unternommen werdenum die Leckstelle aufzufinden und zu reparieren. Die Reparatur dieses Systems, bei dem von außen gegen das Vakuumleck gearbeitet wird, ist sehr leicht durchzuführen und es genügen z.B. schwere Anstrichstoffe oder andere Harze, die auf die äußere Oberfläche der Leckstelle aufgebracht werden. Demgegenüber ist die Reparatur eines Systems gegen einen inneren Überdruck sehr viel schwieriger auszuführen und bedingt oftmals eine Betriebsstillegung des Heizrohres und der Ölleitung für umfangreiche Drahtzieharbeiten, Schweißarbet ten usw.
• Eine weitere Möglichkeit die Dichtheit insbesondere der lieizrohrverbindungsstellen zu prüfen beruht darauf, daß das Rohr, welches den isolierten elektrischen Draht umschließt, mit einem Öl niedriger Viskosität gefüllt und immer unter einem gleichbleibenden Druck steht. Hie£"-durch wird u.a. eine zusätzliche Isolation erzeugt, eine Hilfe beim Ziehen des Leitungsdrahtes gegeben und der Wärmeübergang von dem inneren Leiter infolge des fehlenden Zwischenraumes gefördert. Wenn der aufrechterhaltene Druck abfällt, ist eine Undichtigkeit angezeigt. Befindet sich die undichte Stelle zwischen Heizrohr und Leitungsrohr und wird in der Leitung ein Petroleumöl, insbesondere Rohöl, transportiert, so entsteht durch den Leckverlust kein weiterer Schaden, wenn das Öl niedriger Viskosität in dem Heizrohr ein Petroleum-Destillat, ist.
• Grundlagen der Erfindung Skin-Effekt infolge eines induzierten Magnetfeldes Der Skin*-ESSekt ist ein Phänomen des Wechselstromes und bewirkt, daß der Wechselstrom in einem metallischen Leiter, der einem elektromagnetischen Feld ausgesetzt ist, an die Oberfläche desselben verdrängt wird. Eisen und Stahl-Widerstandsleiter werden bei den üblichen Wechselstromfrequenzen von 50-60 Hertz verändert, wenn andere benachbarte Leiter einen Wechselstrom führen und in deni ferromagnetischen Material Oberflächenmagnetismus und Induktionserscheinungen mit entsprechender Ausbreitung des Wechselstroms erzeugen. In einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, alle drei Phasen des Wechselstroms, zu verwenden.
• Das elektromagnetische Feld, das einen wechselstromführenden Draht umgibt, erstreckt sich, wie herausgefunden wurde, bis in einige Entfernung ohne nennenswerte Verringerung seiner Intensität auf den Skin-Effekt, wenn nicht eine Abschirmung durch ein anderes Metall vorhanden ist. Somit ist es nunmehr möglich, größere einzelne Heizrohre als vorher zu verwenden - nämlich bis zu 3 oder +-zölligen Eisen rohren - und es ist sogar die Anwendung eines viel grösseren Rohres möglich, nämlich die Transportleitung selbst als ihr eigenes Heizrohr.
• Der Gebrauch der größeren einzelnen Heizrohre ermöglicht einen viel größeren, effektiven Leitung widerstand, d.h. eine größere innere Haut des Heizrohres. Insbesondere wird dadurch auch die Verwendung eines schwereren inneren isolierten Leiterdrahtes möglich, dessen Größe die Benutzung höherer Spannungen und Stromstärken des Wechselstroms, die zum Beheizen langer Pipeline-Abschnitte notwendig sind, erlaubt.
• Ebenso ermöglicht das größere Heizrohr die Verwendung eines schlechteren Leiters für den Wechselstrom, daher einen größeren Durchmesser bei gleicher Stromstärke als der übliche Kupferdraht. Ersatzweise können somit ein Stahldraht oder Kabellitzen aus Stahl verwandt werden. Wenn es sinnvoll ist und wenn einzelne Drähte mit einem Durchmesser größer als 3 mm verwandt werden, dann braucht lediglich der Skin-Effekt der Stahlleiter nutzbar gemacht zu werden. Der zunehmende Widerstand des Stahlleiters, Je nach-dern ob der Skin-Effekt nutzbar gemacht worden ist oder nicht, erzeugt einen Leitungsverlust und Wärme, was eine zusätzliche Unterstüzung der Aufgabe des Heizrohres selbst darstellt.
• Wenn die Ausdrücke "Haut" und "Skin-Effekt" benutzt werden, dann sind diese nicht absolut gemeint. Es besteht nämlich eine große Tendenz des Wechselstromes nahe der inneren Oberfläche der Wandung eines Rohres mit einem in axialer Richtung verlaufenden Wechselstromleiter (hier als Heizrohr bezeichnet) zu fließen. Die Stromdichte fällt dabei in der Rohrwandung nach einer Exponentialfunktion mit der Entfernung von der inneren Oberfläche ab.
• Unter disen Bedingungen und mit einer üblichen Wechselstromfrequenz von 50 oder 60 Hertz ist die effektive Dicke oder Stärke # der Hautschicht, durch die der Wechselstrom fließt, direkt proportional der Quadratwurzel des spezifischen Widerstandes p des Metalles unter den jeweiligen Bedingungen und umgekehrt protortional der Quadratwurzel aus der magnetischen Permeabilität µ , ,d.h.
• cf = konst.
• Hiervon ausgehend, ist eine brauchbare Beziehung entwickelt. Der effektive Widerstand R in jedem Leiter ist proportional dem spezifischen Widerstand, d.h.
• R = konst. p Der effektive Widerstand eines Leiters, der den Skin-Effekt aufzeigt, ist umgekehrt proportional der tatsächlichen Querschnittsfläche des Hautleiterst Für ein Heizrohr ist diese Querschnittsfläche proportional der effektiven Hautdicke; somit ist R proportional oder in Heizrohren: R = konst a Da die eingegebene elektrische Leistung und die erhaltene Wärme immer proportional dem Leiterwiderstand ist, der üblicherweise direkt von dem spezifischen Widerstand des Leitermaterials abhängt, ist der Widerstand und damit die Heizleistung eines Heizrohres nur der Quadratwurzel des spezifischen Widerstandes des Materials proportional.
• Veränderungen dieses kin-Effektes werden durch Änderungen des spezifischen Widerstandes und der magnetischen Permeabilität in folge Temperaturverände@@gen des Leiters hervorgerufen. Die Abnahme der Stromdichte in Richtung der Wandstärke ausgehend von der inneren Oberfläche des kleinen Heizrohres ist so groß, daß, mit dem erfahrungsgemäßen Spannungsabfall von als Heizrohre dienenden Stahlrohren (d.h. üblicherweise zwisohe..
• 1,5 und 30 V /cm gerader Länge) und Temperaturen bis zu 200 oder 2600 C, der effektive Nullwert des Stromflußes in einer Tiefe, die ausgehend von der inneren Oberfläche des Rohres etwas weniger als ca 1,5 mm beträgt, erreicht wird. Für die meisten Flußstähle, mit denen gearbeitet wurde, ist diese Tiefe zwischen 0,6 und 1,8 mm ermittelt worden. Für jeden speziellen Stahl ist damit die effektiv leitende Querschnittsfläche der innere Umfang des Heizrohres bis zu einer Tiefe # zwischen 0,6 und 1,8 mm.
• In der äußeren Wand, die sich an die "Haut" an der inneren Oberfläche des Rohres anschließt, findet praktisch kein Stromfluß statt. Dieser Teil des Rohres nahe der äußeren Wandflächen kann als praktisch isoliert von dem Wechselstromfluß angesehen werden. Um sicher zu gehen daß wirklich kein Stromfluß stattfindet bzw. daß keine Gefahr von der in der inneren Hautschicht fließenden hohen Wechselstromspannung besteht, sollte die Wandstärke des Rohres (von der inneren und äußeren Oberfläche gemessen) etwa 2 x so stark bemessen sein wie die Dicke der Häut-Schicht Bei der üblicherweise angewendeten Stromstärke somit also ca 3 mm. In diesem Fall wird an der äußeren Oberfläche des Heizrohres keine Spannung messbar sein und kein Leistungsverlust auftreten,gerade dänn nicht, wenn das Heizrohr geerdet oder im Salzwasser gelagert ist. Nicht im Erde'loch vergrabene Pipelines sind in geeigneten Abstanden zu erden.
• und Pipelines, die Korrosionsangriffen ausgesetzt sind, können mit einem konve-ntionellen Kathodenschutz versehen werden, der keine Beeinflußung des Skin-Effektes bzw. der Heizung mit sich bringt.
• Haben Heizrohre den gleichen äußeren Durchmesser, so wurde festgestellt, daß das rohr mit der größten Wanddicke und damit dem geringsten inneren Durchmesser den größten Skin-Effekt und den größten Widerstand gegen den Wechselstromfluß aufweist.
• Oberflächenvergrößerungen, z.B. Rippen, die auf der äußeren Oberfläche eines mit normalen Durchmesser und Oberfläche versehenen Stahlrohres angebracht sind, führen zu einer besseren Wärmeabgabe entsprechend der grösseren Kontaktfläche mit den benachbarten Medien.
• Werkstoffe für die Heizrohre Andere magnetische Metalle als Kohlenstoffstahl, üblicherweise andere Legierungen des, Eisens, verstärken ebenso diesen Skin-Effekt und können in diesem erfindungsgemäßen System benutzt werden. Die üblicherweise verwandten Leiter, z.B. Kupfer, Messing und Aluminium verstärken ebenfalls geringfügig den Skin-Effekt aber sie erfordern wesentlich größere Wechselstromfrequenzen, um die effektive Permeabilität oder Hauttiefe zu reduzieren. Solche hohen Wechselstromfrequenzen sind natürlich sehr viel teurer zu erzeugen als die normalen Standardfrequenzen von 50 - 60 Hertz.
• Eine dünne Hautschicht zur Leitung des Wechselstromes besitzt den geringsten effektiven Leitungsquerschnitt und verursacht somit den größten Widerstand. Entsprechend der dargelegten Abhängigkeit der Hautschichtdicke von dem spezifischen Widerstand und der magnetischen Permeabilität unter den gegebenen Temperaturen, dem Wechselstromfluß und der Geometrie des gesamten Systems, können Metalle mit den gewünschten charakteristischen Eigenschaften ausgesucht werden.
• Solche ferromagnetischen Metalle - abgesehen vom üblichen Flußstahl - , die einen realtiv deutliche Skin-Effekt aufweisen, d.h. eine dünne Hautschicht zum Leiten des Wechseletromes unter den vorliegenden Bedingungen'besiten sind: sehr reines Eisen, Eisen-Nickellegierungen, wie Hipernik, Metalle mit einem geringen Mangangehalt, Permalloy genannt, und Metalle mit Molybdaen, z.B. Superalloy. Diese Metalle besitzen gegenüber dem normalen Flußstahl einen 4 - 6-fachen spezifischen Widerstand und eine dünnere Hautschicht zum Leiten des Wechselstromes. Im -Vergleich jedoch mit dem normalen Stahl sind alle diese Materialen wesentlich teurer - einige um das Vielfache -, so-daß ihre Benutzung nur für Spezialfälle vorbehalten bleibt.
• Wenn im Vorstehenden der Ausdruck "Stahl" benutzt -wurde, um die Konstruktion des Heizrohres zu beschreiben, dann ist dieser Ausdruck lediglich als Beispiel für Flußstahl oder normalen Kohlenstoffstahl verwandt worden. Andere Metalle, sowohl eisenhaltige als auch nicht-eisenhaltige können ebenfalls verwandt werden. Normalerweise haben diese einen weniger günstigen Skin-Effekt oder sie sind teurer.
• In einigen speziellen Anwendungsfällen sind andere metallische Leiter aufgrund ihrer physikalischen cder chemischen Eigenschaften geeignet, jedoch wird in der Regel der Kohlenstoffstahl wegen seiner geringen Kosten, seiner Bearbeitbarkeit und der Vielfalt der handelsüblichen Formen vorgezogen. Somit steht das Wort "Stahl" nur als Beispiel, ohne eine Begrenzung der Materialen, die zur Konstruktion eines erfindungsgemäßen Heizrohres verwandb werden können, darzustellen.
• Die meisten Pipelines für kommerzielle Flüssigkeiten sind aus Stahl oder anderen Metailen hergestellt. Da das Hauptanwendungsgebiet ir Heizrohre mit einer hohen Wärmeabgabe das Beheizen solcher Pipelines ist, ist es zweckmäßig, diese Heizrohre im wesentlichen aus dem gleichen Stahl herzustellen.
• Besteht das Bqitungßrohr aus einem anderen Material, das einen wesentlich geringeren spezifischen Widerstand besitzt, dann sollte dafür gesorgt werden, daß der Stahl der Heizrohre eine Wanddicke besitzt, die wenigstens das Doppelte der vom Skin-Effekt durchsetzten Schicht beträgt, da andernfalls in der Pipeline ein Stromfluß gewisser Größe vorhanden sein kann. Im allgemeinen ist es wünschenswert, aa3 das Material der Pipeline einen spezifischen widerstand besitzt, der nicht wesentlich geringer ist als der des Heizrohr-Materials. In jedem Fall ist dieses Problem dann nicht vorhanden, wenn beide Rohre aus einem normalen Flußstahl bestehen.
• In neuerer Zeit sind Pipelines verlegt worden, die aus Kunststoff bestehen und zwar sepziell bei Leitungsrohren mit einem größeren Durchmesser aus glasfaser-verstärktem Polyester oder einem anderen Harz. Ebenfalls diese Leitungsrohre können mit Heizrohren versehen werden, wobei jedoch die Temperaturen genau geregelt werden dessen, um eine Überhitzung, die das Harz zerstört, zu vermeiden.
• Das Heizrohr selbst ist dabei aus Stahl gefertigt und es ist vorzugsweise spiralig um die Kunststoff-Pipeline herumgelegt.
• Strömende Medien Viele der strömenden Medien besitzen bei Umgebungstemperaturen eine geringe Viskosität. Neben Petroleumölen (Rohölen, Destillaten oder Altölen) werden handelsübliche Medien vermittels Pipelines gefördert, einschließlich Melassen, andere Nahrungsmittel-Sirupe oder Schmelzen, z.B. Butter, Öle, Fette, Schokolade usw., sowie konzentrierte Schwefelsäure, Teer, Bitumen und vieles andere.
• Einige dieser Medien befinden sich bei Umgebungstemperaturen in erstartem Zustand, andere dieser Materialen beinhalten Wasser und wässrige Lösungen, Schwefel, ebenso Benzol, Acetylsäure usw. Diese Iledien mü-ssen durch Beheizung davor bewahrt werden, zu erstarren oder zu gefrieren,wenn die Umgebungstemperatur unter die entsprechende Erstarrungstemperatur absinkt und vor Eintritt des Medien in den kalten Abschnitt der Pipeline nicht genügend Wärme oberhalb des Gefrierpunktes zugeführt werden kann. Wird Acetylsäure transportiert, dann ist die Pipeleitung aufgrund der Ko erosion von Kohlenstoffstahl am zweckmäßigsten aus Aluminium, korrosionsbeständigen Stahl oder Kupfer zu fertigen. Das Heizrohr sollte aus Stahl gefertigt sein, wobei insbesondere zu beachten ist, daß dessen Wandstärke wenigstens die doppelte Dicke der Haut oder der Eindringtiefe des Wechselstromes beträgt. Wünschenswert ist natürlich ein nicht rostender Stahl.
• In anderen Fällen ist es möglich, daß Eis und Schnee z. B.
• mit oder ohne flüssigenBestandteilen, mit unter die Klassifikation der zu beheizenden oder zu schmelzenden Medien fallen, da diese sich mitunter in unmittelbarer Nähe des Heizrohres befinden.
• Auch beim Transport einiger Dämpfe oder Gase ist es wUnschenswert,diese vermittels Beheizung bis zu einer Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur und oberhalb ihres Taupunktes in der dampfförmigen Phase zu halten, so daß ihre Kondensation vermieden wird. Zum Beispiel ist es möglich,nur Wasserstoff in gasförmiger orm mit Wasserdampf und Luft, wenn vorhanden, in ein ein Stahlrohr zu fördern, wenn das Rohr ständig auf einer Temperatur oberhalb des Kondensationspunktes von Tasse, d. h. 100° C bei Atmosphärendruck, gehalten wird.
• Gasförmige Chlorwasserstoffsäure grei 7t Stahl nicht an, sie ist lediglich dann korrosionsförder-, wenn sie in Wasser gelöst ist, welche an der Innenseite der Rohrleitung bei Temperaturen unter 100° C kondensiert.
• Bei der Förderung anderer Dämpfe kann e wünschenswert @ein, diese bis über ihren Verdampfungspunkt bei dem jeweiligen Druck in der Pipeline zu überhitzen.
• Alle vorgenannten und nocii vieie ndere Medien können somit bis auf Temperaturen oberhalb der Umgebungstemperatur in erfindungsgemäßer Art und Weise erhitzt werden, wobei dies insbesondere durch der hohen Wärmefluß möglich ist. In ölführenden Leitungen können auf diese Weise Temperaturen in der Höhe von oder höher als 200 - 2600 C erreicht werden.
• In den Fällen, in denen das Heizrohr gleichzeitig das Öl- Leitungsrohr darstellt und das Medium selbst ei Öl mit ausgezeichneten dielektrischen Eigenschaften i"t, dann ist für den inneren Leiter keine lineare Isolatio notwendig, sofern die Halterungen gegen das Rohr isoliert sind.
• Heizrohre als elektrische Heizer In vielen Anwendungsfällen, z.B. bei der direkten Beheizung einer gasförmigen oder flüssigen Masse, ist es möglich, allein das Heizrohr einzusetzen, d.h. ohne vorherige Wärmeleitung zu einem anderen metallischen Gegenstand, der mehr oder weniger permanent mit dem Heizrohr in Kontakt steht, wobei es dann tdoch wünschenswert ist, daß das Heizrohr mit einer vergrößerten Oberfläche versehen ist, um die große anfallende Wärmemenge, die nunmehr entsprechend der Erfindung möglich ist, besser abzuleiten.
• Das Heizrohr kann in Kontakt stehen, verschweißt sein oder selbst ein Teil eines anderen Elementes mit einer relativ größeren Masse sein, auf das die Wärme übergeht, oftmals jedoch nur als Zwischenträger für ein anderes Medium fester, flüssiger oder gasförmiger norm mit einer geringeren Temperatur dient. Dieses Element kann aus irgendeinem Metall gefertigt sein, es ist jedoch meistens wiederum aus Stahl. Die Formgebung dieses Elementes kann flächig, rohrförmig, kesselartig mit zylinderischen Seitenwanden und/ oder tellerartigen Enden oder in Porm einer gekrümmten Fläche usw. erfolgen.
• Es kann weiterhin ein Gußstück aus eisen oder einem anderen Metall mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als Eisen sein, wobei die Heizschlange'direkt mit eingegossen wurde,. Ebenso ist es möglich, das Heizrohr einfach als Bohrloch auszuführen, das in einer Platte oder einem GußstUck eisenhaltigen oder nicht-eisenhaltigen Materials gebohrt wurde.
• Weiterhin kann das Heizrohr in Form eines Widerstandsheizers ohne Verbindung zu einen größeren Masse Metall ausgeführt sein. Es kann in eine Flüssigkeit eingetaucht sein oder unter dem Putz an einer Wand oder Decke eines zu beheizenden Raumes verlegt sein. Die Verlegung ist ebenfalls in Bürgersteigen, Straßen oder xuStlandeplätzen o.ä. möglich, um vorhandene Eis- ocer Schneeschichten abzuschmelzen. Es hat sich herausgestellt, dat ein Heizrohr eine außergewöhnlich starke Heizvorrichtung darstellt und es kann der hohe Wärliiefluß denn ausgenutzt werden, wenn das Rohr unmittelbar von einem Material, wie z.B. Beton, Asphalt, etc, umgeben ist, das im halbflüssigen Zustand um das Heizrohr gegossen wird, sich setzt und verfestigt,so daß eine dichte, warmeaufne-hmende und wArmeleitende Masse das Heizrohr direkt berührt. Infolge der nunmehr möglichen höheren Wärr:1eleistungen der neuen Heizrohre wird die Zahl der Anwendungsmöglichkeiten derselben und ihre Wirksamkeit entscheidend erhöht.
• Das Rohr, durch welches der Wechselstrom hindurchtritt,besitzt infolge des Skin-Effektes einen wesentlich größeren elektrischen Widerstand und erzeugt dadurch eine Wärmemenge, die geeignet ist, eine Temperatur höher als die der Umgebung zu erreichen und zu halten, und zwar mit dem höheren Wärmefluß des erfindungsgemäßen verbesserten Systems bis zu 200 oder 2600 C oder - falls gewünscht -noch mehr.
• Elemente des Heizrohres Das Heizrohr kann eine andere als die zylindrische Form besitzen und es sind verschiedene Ausführungen im Hinblick auf eine Ölleitung oder einen anderen zu beheizenden Gegenstand möglich. Ebenso kann das Heizrohr einen integrierten Bestandteil des zu beheizenden Gegenstandes darstellen. Dennoch ist hier lediglich die- Bezeichnung "Heizrohr" verwandt worden, unabhängig von der Querschnittsform oder Faltung desselben und unabgängig davon, ob es aus mehreren Abschnitten zu einer länglichen oder latteralen Form zusammengesetzt ist oder ob es ein einheitliches Rohr darstellt.
• Der elektrische Leiter für die eine Hälfte des Wechselstromkreises kann in den meisten Fällen aus einem Kupferdraht oder aber auch aus einem anderen handelsüblichen Metall oder einer Legierung gefertigt sein, und es ist unerheblich, wenn dieser im Inneren~des Heizrohres verläuft, welche Konfiguration er besitzt. Er kann aus einem einzelnen oder einer Anzahl Leiterdrähte in jeder gewünschten Anordnung und mit jedem gewünschten Querschnitt aufgebaut sein. Im Folgenden wird normalerweise einfach von einem elektrischen Draht bzw. Leiter gesprochen.
• Der elektrische Draht kann aus anderen als den üblichen Metallen gefertigt sein. Metallisches Natrium kann als Leiter verwandt werden. Ein Auskleidungsrohr aus Polyäthylen oder einem noch hitzebeständigerem Harz wird zur Isolation durch das Heizrohr gezogen und mit geschmolzen metallischen Natrium gefüllt, welches sich verfestigt und als elektrischer Leiter dient.
• Jeder in dem elektrischen Draht auftretendeLeitungsverlust des Wechselstroms verwandelt sich in Wärme, die an das umgebende Heizrohr abgegeben wird und somit dazu benutzt wird, die das Heizrohr umgebenden Medien zu erwärmen, d.h. bei einem an einer Ölleitung befestigten Heizrohr das sich in der Leitung befindende 01, bei einem im Asphalt eingebetteten Heizrohr, um das auf der Oberfläche des Asphaltes vorhandene Eis oder den Schnee zu schmelzen.
• Somit wird, sofern der elektrische Draht aus Kupfer, Stahl oder einem anderen Metall mit einem größeren spezifischen Widerstand besteht, die zusätzliche Wärme, die infolge des größeren Leitungsverlustes entwickelt wird, vollständig für den Beheizungsvorg ng ausgenutzt. Aus diesem Grunde kann ein relativ billiger Stahlleiter anstelle des üblichen, jedoch teuren Kupferleiters verwandt werden. Jedoch muß die auf diese Weise in dem Leiterdraht erzeugte Wärme durch die elektrische Isolation hindurch, sodann durch jeden vorhandenen Luftspalt zwischen der Isolation und dem Heizrohr geleitet werden, bevor sie zusammen mit der vom Heizrohr erzeugten aNårme an das umgebende Material abgeführt werden kann. Der elektrische Leiterdraht wird üblicherweise gegenüber dem Heizrohr eine etwas höhere temperatur besitzen, was natürlich bei der speziellen -Auslegung des Isoliermaterials berücksichtigt werden muß.
• Wenn der axiale Leiter für den Wechselstrom aus Stahl oder aus einem solchen Material besteht, das den Skin-Effekt entwickelt - möglicherweFae sogar stärker als Stahl - , dann ist der Widerstand und damit die Wärmeabgabe, noch größer. Ein größerer Stahldraht oder sogar ein Stahlrohr kann im Inneren des Heizrohres installiert sein und die Wärme, die infolge des elektrischen Widerstandes verstärkt durch den materialeigenen Skin-Effekt entsteht, wird durch die elektrische Isolation hindurchgeleitet und der von dem umgebenen Heizrohr erzeugten Wärme hinzugefügt. Der Skin-Effekt des inneren Stshldrahtes oder des Rohres wird nunmehr an der äußeren Oberfläche stattfinden, d.h. in dem Teil, der dem Wechselstromfluß des Gegenleiters am nächsten liegt.
• Die Isolation des elektrischen Leiters kann vermittels eines jeden geeigneten-Materials erfolgen, das bei den Temperaturen des Heizrohres seine physikalischen, elektrischen und chemischen Eigenschaften behält. Die Auslegung dieses Materials erfolgt bei Betriebstemperatur.
• Polyvenylchlorid zeigt befriedigende Eigenschaften bis zu einer Temperatur von ca 82° C, Polyäthylen bis zu einer @ Temperatur von ca 102°C und speziell querverstärktes Polyäthylen bis zu ca 1250 C. Ebenso sind Siliconharze anwendbar, die für Temperaturen zwischen 180 und 2050 C geeignet sind. Flir höhere Temperaturen bis zu 2600 -c und mehr kann die Isolation vermittels Chlor-Fluor-Kohlenwasserstoff-Harze erfolgen, die natürlich einen wesentlich höheren Preis bedingen.
• Der elektrische Draht ist gegenüber dem Heizrohr der vorgenannten Art nicht mehr als ein Bruchteil oder einige Grade wärmer. Somit können für die Isolation die billigsten Harze, PVC und Polyäthylen, verwandt werden, die einen geeigneten Wärmetransport sicherstellen, ohne däß die Kosten infolge eines teueren Isolationsmaterials ansteigen. Dies ist in vielen Fällen besonders vorteilhaft , da eine wesentlich bessere Wärmeleitung der erfindunggemäßen Heizrohre vorhanden ist.
• Befindet sich der isolierte elektrische Draht in dem Heizrohr, dann ist in vielen Fällen oftmals vorteilhaft, das den isolierten Draht umgebende Rohr mit einem geeigneten Kohlenwasserstoff oder einem anderen Öl zu füllen. Dies bewirkt zunächst eine zusätzliche Hilfe beim Einziehen des Drahtes und fördert zudem die Isolation, und es ist weiterhin zu berücksichtigen, daß der Füllstoff einen besseren thermischen Leiter abgibt als Luft oder ein anderes Gas.
• Während bei den früheren Ausführungen die Temperatur des Heizrohres selbst auf eine Temperatur einige Grade oberhalb der Temperatur der Ölleitung begrenzt war und die Umgebungstemperatur nicht überstieg, ist es nunmehr mit dem neu geschaffenen Heizrohr möglich, lemperaturen von mindestens 200 oder 2600 C zu erreichen, bei Verwendung von speziellen Materialen sogar noch höhere. Somit kann eine sehr große Wärmemenge an das benachbarte, zu beheizende Material abgegeben werden.
• Durch Anwendung unterschiedlicher Ausführungsformen der neuen Heizrohre ist es mögLich, jede gewünschte Temperaturdifferenz bis 5600 oder mehr zwischen dem Heizrohr und der ölführenden Leitung vorzusehen.
• Höhere Heizrohrtemperaturen sind normalerweise nicht notwendig, um die großen Vorteile eines hohe Wärme flußes gemäß der Erfindung auszunutzen , jedoch kann als obere Grenze eine Temperatur von ca 260°C angegeben werden, bei der die magnetischen Eigenschaften des Stahls sich verändern können.
• Jedoch ist es aufgrund des durch die Erfindung gegebenen höheren Wärmeflußes möglich, daß der elektrische Leiter eine höhere Temperatur während des Betriebes einmimmt. Bei diesen höheren Temperaturen können keramische oder andere spezielle, anorganische Isoliermaterialen in Form von Pulver, Pasten oder als Ummantelung verwandt werden.
• Es wurde herausgefunden, daß als spezielles, anorganisches Material in Puderform für dieses Zweck insbesondere die Oxyde der Alkalimetalle verwandt werden können. In dem periodischen System der Elemente, Gruppe II A, sind dies die untersten drei - Beryllium, Magnesium und Kalzium. Diese Oxyde, z.B. Magnesia, können in das Heizrohr als Isolator eingefüllt werden und um -geben den elektrischen Leiter, wenn dieser aus Kupfer Oder insbesondereaus Eisen oder einem anderen Material mit einem größeren spezifischen Widerstand als Kupfer besteht. Während des Herstellungsprozesses des Heizrohres muß natürlich darauf geachtet werden, daß dieses Pulver sehr fest gepackt in das Rohr eingegeben wird, und daß der Leiter genau mit der Mittelachse des Rohres fluchtet.
• Um diese kompakte Füllung des Isolationspulvers zu erreichen, wodurch die Wärmeleitung verbessert wird, kann das zusammengebaute Heizrohr (mit Isolationsmaterial und Leiter) im heißen oder kalten Zustand durch Rollen oder Walzen geführt werden, die die Größe des Heizrohres leicht verringern. Ein anderes bemerkenswertes Oxyd in Pulverform ist Berylliumoxyd, das hervorragende elektrische Isolationseigenschaften besitzt und zudem ein guter Wärmeleiter ist. Für Spezialfälle, in denen an das Heizrohr höhere Anforderungen hinsichtlich des Wärmeflußes gestellt werden, können Magnesiumoxyde oder Kalziumoxyde verwandt werden, doch sind diese für den üblichen Einsatz zu teuer.
• Das mit dem elektrischen Leiter und seiner wärmebeständigen Isolierung versehene Heizrohr kann dann in der Fertigungshalle oder auf der Baustelle in die ölführende Leitung entsprechend einem der Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung eingelötet oder eingeschweißt werden.
• Ist das Heizrohr gleichzeitig die Ölleitung, dann ist für den elektrischen Leiter keine Isolation notwendig, sofern das Öl selbst gute dielektrische Eigenschaften, besitzt.
• Zeichnungen In den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist lediglich Wechselstrom benutzt; die üblichen Zeichen plus (+) und minus (-) deuten die beiden Verbindungsenden an, an denen der vom Wechselstromerzeuger oder einem Transformatpr kommenden Wechselstrom angelegt wird. Diese Symbole geben dementsprechend die Richtung des Strmflußes lediglich für einen kurzen Augenblick, einem Wechsel, an, wobei pro Sek. entsprechend der Frequenz viele Wechzel erfolgen.
• Im Anwendungafalle können die thermischen Verluste auf ein Minimum reduziert werden, wenn die üblichen Isolationsmaterialen in der üblichen Weise die beheizten Pipelines umgeben. Solche Isolationen sind in den Zeichnungen nicht dargestellt, da sie nicht Bestandteil der vorliegenden' Erfindung sind. Jedoch ist es eine der Aufgaben dieser Erfindung die Verwendung der üblichen Isolation hinsichtlich der leichten Anbringbarkeit und Wirtschaftlichkeit bei beheizten Pipelines zu verbessern, und zwar dadurch,, daß die rauhen, unregelmäßigen Konturformen einer oder mehrerer kleiner Heizrohre an dem Umfang des größeren Iführenden Leitungsrohres größtenteils vermieden werden Die Kosten für die Isolation haben bisher einen beachtlichen Anteil der Kosten für eine große Pipeline betragen. Indem die äußeren Abmessungen eines Heizrohres, das an der ölführenden Beitllng befestigt ist, so gering wie möglich von dem kreisförmigen Querschnitt abweichen, wie das nunmehr bei dem neuen System der Heizrohre möglich ist, werden die Arbeits- und Materialkosten für das Aufbringen solch einer Isolation beachtlich gesenkt. Neben dieser Kostensenkung wird die Dichtheit, Festigkeit und Lebensdauer erhelblichgesteigert, und es werden die Erhaltungs- und Reparaturkosten bzw.
• Erneuerungskosten reduziert oder sie entfallen ganz.
• I Alle Zeichnungen sind schematisch dargestellt -es folgen keine Maßangaben. Oftmals ist aus Gründen der Klarheit die Größe des Heizrohres gegenüber der Größe der zugehörigen Ölleitung überdimensioniert im Vergleich zu den handelsüblichen Rohren dargestellt, insbesondere dann,wenn das ölfUhrenden Rohr groß ist.
• Ebenso ist die elektrische Leitungsführung nur schaltzeichenmäßig angedeutet.
• Besonders muß hervorgehoben werden, daß in der praktischen Ausführung die Länge der Heizrohrabschnitte wesentlich größer ist und oftmals das 10.000-fache des Durchmessers beträgt, obwohl dies in den Zeichnungen nicht in der üblichen Weise durch Bruohlinien angedeutet ist.
• Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Ölleitung mit anliegenden spezialgewalzten Heiz.rohren, die so geformt sind, daß sie sich mehr oder weniger eng an die äußere Oberfläche des Öl.-.
• rohres anschmiegen, indem sie eine konkave Außenfläche besitzen, deren Krümmungsradius nicht größer als der der äußeren Ölleitungsfläche ist. Zum Vergleich ist in dieser Figur weiterhin schematisch ein Heizrohr der vorbekannten Art dargestellt, Fig. 2 zeigt einen Querschnitt eines Ölrohres, an dem ein Stahlblechstreifen durch zwei Schweißnähte befestigt ist, so daß dieser zusammen mit dem dazwischen liegenden Teil der Ölleitung eines mondsichelartigen Querschnitt bildet Fig. 9 zwei Variationen der Konstruktion gemäß Fig. 2.
• Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Ableitung , bei der das Heizrohr einen integrierten Bestandteil des kreisförmigen Mantels ist, Fig. 5 einen Querschnitt einer Ölleitung, bei der zwei Heizrohre einen integrierten Bestandteil der Wandung bilden, indem sie in diese im Stoß oder in der Nahtkante eingeschweißt sind, Fig. 6 einen Querschnitt durch ein äusseres Heizrohr und ein inneres, koaxial-verlauSendes Heizrohr, wobei zwischen beiden eine elektri;che Isolation und ein Luftspalt vorhanden ist, Fig. 7 ein Heizrohr in Form einer Schraubenlinie in der Schweißnaht einer spiralgeschweißten Rohrleitung, Fig. 8a die Seiten- bzw. die Endansicht 8b eines Lufterhitzers, der aus einem Heizrohr mit durch schraubenförmigen Flossen oder Querrippen vergrößerter Oberfläche besteht. Berührt kalte Luft o.ä. die Flossen oder Rippen, dann wird diese erwärmt und umströmt dabei die vergrößerte Oberfläche des Heizrohres, Fig. 9 einen Längs schnitt durch ein Heizrohr, welches mit einem elektrischen Isoliermaterial gefüllt ist, und welches als Heizvorrichtung benutzt wird, das von außen oder von innen von einem Medium durchströmt wird, Fig. 9a einen Querschnitt durch ein Heizrohr, in dem vermittels isolierter Halterungen ein unisolierter elektrischer Leiter in der Achse des Heizrohres gehalten ist.
• Fig.lOa eine Querschnitt durch einen' Erhitzer entlang der Linie A-A in Fig. lOb, der innerhalb eines Mantelrohres ein Heizrohr mit in Längsrichtung sich erstreckenden Flossen besitzt, Fig.lOb einen Querschnitt entlang der Linie B-B in Fig. lOa. Auf der linken Seite des dargestellten Erhitzers strömt kalte Luft ein, durchströmt parallel die Flossen, und strömt auf der rechten Seite wieder ab, Fig. 11 eine Ausführungsform eines inneren Stahlleiters für ein Heizrohr, bei dem der effektive Widerstand stark erhöht ist. Die Rippen verlaufen in Längsrichtung und der Skin-Effekt bewirkt, daß lediglich die äußeren Kanten als Leiter dienen, Fig. 12 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines inneren Stahlleiters, bei dem der effektive Widerstand noch weiter erhöht ist. In dem dargestellten, gchraubenförmigen Leiter dient lediglich die äußere Hautschicht der Schraube als Wechselstrom-fUhrender Leiter, so daß der Wechselstrom einen wesentlich längeren Weg als es der geraden Längen des Leiters entspricht zurücklegen muß, Fig. 13 ein einfaches Heizrohr mit einem elektrischen Leiter, der an der Innenseite der Rohrwandung nahe dem rechten Ende befestigt ist. Das Heizrohr ist in drei Sektionen, 7, 8 und 9, mit 'unterschiedlichen inneren Durchmessern eingeteilt, wobei jedoch alle Sektionen den gleichen äußeren Durchmesser besitzen, so daß in jeder Sektion ein unterschiedlicher Wärmefluß ausgebildet wird, Fig. 14 die Seitenansicht eines Ölrohres mit einer Anzahl Heizrohre gleicher Länge. Diese sind paarweise - jeweils nach links und jeweils nach rechts -von jedem Punkt der Wechselstromzuführung ausgerichtet, wobei diese Zuführungspunkte voneinander um das doppelte der vollständigen Länge eines Heizrohres entfernt sein können.
• Heizrohre und Ölleitungen Bisher war es üblich, den elekt,'rischen Draht in Heizrohren zu verlegen, die aus den genormten Eisenrohren bebanden und deren Durchmesser relativ zu dem der ölführenden Leitung sehr klein waren. Dieses Heizrohr wurde vermittels einer in Abständen vorgenommenen Punktschweißung an der Oberfläche der ölführenden Leitung befestigt. Dies ergab bei einer kleinen, 4 - 10-zölligen Ölleitung eine einzelne wulstartige Erhöhung bzw. einen Anhängsel, oder bei einer 30-zölligen Ölleitung bzw. bei einer im Durchmesser noch größeren Ölleitung 6 oder mehr solcher wusltartigen Erhöhungen, d.h. Heizrohre. Solche Heizrohre sind für die Anbringung an einer thermischen Isolation an der Ö1-leitung nicht vorteilhaft und erhöhen im beachtlichen Maße deren Kosten. Ebenso ergibt sich zwischen einem Heizrohr und der Ölleitung nur ein relativ geringer Kontakt für die Wärmeleitung. Der Berührungswinkel zwischen der Ölleitung und dem Heizrohr ist 00, d.h. sie berühren einander tangential. Infolge des geringen Kontaktschlusses ist pro Längeneinheit ohne extrem hohe Temperaturen des Heizrohres lediglich ein geringer Wärmefluß möglich.
• Hohe Temperaturen bedeuten jedoch einen höheren thermische Verlust, und es wird zudem eine wirksame Isolierung kaum durchfllhrbr sein.
• Die ölführenden Leitungen, die beheizt werden sollen, können jede gewünschte Größe besitzen. In der Praxis werden 1 bis 48-zöllige Rohrdurchmesser verwandt. Die für die üblichen Pipelines zu verwendende Größe des aus Stahl gefertigten Heizrohres ist von verschiedenen Bedingungen abhängig und zwar im wesentlichen: von dem erforderlichen Wärmebedarf, um eine gewünschte Temperatur des Inhalts-einer Ölleitung einer gegebenen Größe und Durchströmungsgeschwindigkeit zu erreichen und aufrechtzuerhalten, von der zu verfügungstehende Wechselstromspannung und der länge,., Die Wanddicke sollte aus elektrischen, mechanischen und korrosionsbeständigen Anforderungen mindestens 3 mm betragen.
• Die Heizrohre besitzen in allen praktischen Anwendungsfällen einen Durchmesser, der ca 4x größer ist als $ , d.h. der Tiefe der effektiv leitenden Hautschicht. Es wurde herausgefunden, daß diese Tiefe von dem inneren Umfang des Heizrohres abhängt und nicht -wie es beim Transport eines Mediums der Fall ist -von dem inneren Querschnitt, und ebenso nicht - wie es beim Durchströmen eines Gleichstroms durch einen üblichen elektrischen Leiter der Fall ist - von der Wand-Querschnittsfläche. Dieser innere Umfang bzw. die innere Oberfläche pro La"ngene,inheit ist jedoch nicht immer am vorteilhaftesten bei einem kreisförmigen Rohr vorhanden, jedoch ist dieses üblicherweise leicht und zu.
• einem gringen Preis erhältlich.
• Die beste Form eines Heizrohres, das auf der äußeren Oberfläche einer Ölleitung befestigt wird, hängt von anderen Bedingungen ab. Eine dieser Bedingunge-n ist der wün-' schenswerte enge Kontakt mit der Ölleitung oder die direkte Sinbeziehung des Heizrohres in die Oberfläche oder in die Wandung der Ableitung Es hat sich herausgestellt, daß die wirksamste Kontaktfläche mindestens einen Anlagewinkel zwischen 90 und 1800, wenigsents 900, betragen muß. Wenn dieses Minimum von 900 nicht erreicht wird, dann besitzt das Heizrohr keine genügende Wärmeabgabemöglichkeit, um einen hohen Wärmefluß und geringe Isolationskosten zu erhalten. In der bisherigen Praxis bewehrten z.B. ein kreisförmiges Heizrohr und eine kreisförmige Ölleitung sich unter ainem Kontaktwinkel von 0°, der einen sehr geringen Wärme transport zuläßt und die Betriebsleistung, d.h. Stromzuführung und Wärmeabgabe, auf einen sehr geringen Wert beschränkte.
• Die Oberfläche der Ölleitung kann in einigen Fällen als Teil der inneren Oberfläche des Heizrohres benutzt werden, wodurch das Gesamtgewicht solch einer Konstruktion verringert wird. Ist das Heizrohr direkt ein integrierter Bestandteil der Wandung der Öllelking, dann ist ein Teil der Heizrohr Wandung in Kontakt mit dem zu fördernden Öl. Solche Ausführungen erlauben einen guten Wärmeübergang und sind deshalb nicht zuletztHwegen der leichter ausführenden Isolation ein bedeutender Faktor für den optimales Entwurf.
• Das Verhältnis des inneren Umfanges des Heizrohres (oder der Summe der inneren UmSänge ,sofern mehrere Heizrohre vorhanden sind,) zu dem äußeren Umfang der ölfAhrenden Leitung sind in grober Weise mit dem Verhältnis der wärmeaufnehmenden Oberfläche zu der wärmeabgebenden Oberfläche zu vergleichen, d.h. mit dem Wärmeverlust des Systems unter konstanten Temperaturbedingungen des Öles. Die Verhältnisse, wie sie in den Figuren 1 ---6 gezeichnet sind stellen nicht das Optimum eines entsprechenden Entwurfes dar, da diese Zeichnungen ohne Maßstab angefertigt wurden.
• In den bisherigen Ausführungsbeispielen beträgt dieses Verhältnis des inneren Umfanges des Heizrohres (oder der Summe der inneren Umfänge aller Heizrohre, sofern mehrere verwandt werden) zu dem äußeren Umfang der Ölleitung ca 1/2 - 1/5 Je nach Art der erforderlichen Heizung.
• Infolge des sehr viel größeren Wärmeflußes bei den erfindungsgemäßen Heizrohren kann dieses Verhältnis auf 1/7 - 1/10 oder sogar 1/20 bei vergleichbaren Heizbedingungen reduziert werden. Dies ist von entscheidender Wichtigkeit, wenn eine Wattleistung von 350-650 Watt /m Ölleitungslänge erforderlich ist, z. B. bei einem 48-zölligen Rohr und einer Umgebungstemperatur von -45° Beim normalen Betrieb einer Pipeline, die'mit Rohöl oder anderen viskosen Petroleumölen beschickt wird, beträgt bei den vorbekannten Systemen die vermittels des Wechselstroms eingegebene Leistung ca 33 - 50 Watt /m gerader Heizrohrlänge. Eine höhere Leistung steigert die Temperaturdifferenz zwischen dem elektrischen Leiter und der Wandung der Olleitung auf über 1,6 bis 2,20 C, was als Maximum betrachtet wurde - beim normalen Betrieb lag die gewünschte Temperaturdifferenz in der Größenordnung von 1,1 - 1,6° Co Infolge der ferbesserten Formgebung sind nunmehr höhere Temperaturen der Heizrohre möglich. Bei Heizrohren, die einen integrierten Bestandteil der Ölleitung darstellen, erlaubt der größere Wärmefluß Temperaturdifferenzen zwischen dem elektrischen Draht und der Ölleitungswand von über 550 C und somit den Betrieb großer Pipelines unter harten Winterbedingungen.
• Die bessere Verteilung der Wärme von den Heizrohren am Umfang einer Ölleitung vermeidet zudem lokale Überhitzungen oder Unterkühlungen, die Wärmeverlüste und zusätzliche Pumpkosten zur Folge haben.
• Die bevorzugten Ausführungsformen der Heizrohre, die beschrieben werden, verbessern in hohem Maße den Wärmefluß vom Heizrohr zur Transportleitung und verringern die Temperaturdifferenz zwischen beiden bis auf ein Minimum. Sie können sowohl mit einem geringen Wärmefluß vorteilhaft eingesetzt werden, als auch insbesondere dann, wenn ein wesentlich höherer Wärmefluß notwendig ist. Demzufolge ist es nunmehr möglich,in Ölleitungen bis zu einem 30-zölligen Durchmesser lediglich ein Heizrohr mit einer zur Leitungsachse parallelen Ausrichtung. zu installieren, während vorher zwei bis sechs Heizrohre notwendig waren. Bei bis zu 48-zölligen Leitungen sind jetzt normalerweise nicht mehr als zwei und bei Leitungm über 48 Zoll nicht mehr als drei Heizrohre notwendig.
• Neben der Möglichkeit, die Heizrohre mit einem relativ größeren inneren Umfang (zwei bis 5 x so groß) zu konzipieren, ermöglichen die Ausführungsformen ebenso einen größere elektrische Eingangaleistung, und zwar 330 - 660 oder sogar bis zu 1.700 Watt /m linearer Heizrohrlänge, wobei zwischen dem Heizrohr und der benachbarten Ölleitung eine sichere, zulässige Demperaturdifferenz nicht überstiegen wird. Bei der praktischen Anwendung bevorzugter Ausführungsbeispiele dieser Erfindung ist der gesamte Wärmedurchgang-pro Längeneinheit 10 - 30 x größer als bei den vorbekannten Heizrohr-Typen.
• Etwas abgewandelte AusfUhrungsformen sind zweckmäßig, wenn das Heizrohr selbst als Öll'eitung verwandt wird und wenn der-innere Leiter eine nicht unerhebliche Wärmemenge erzeugt.
• Während auf der einen Seite diese Ausführungsformen in vorteilhafter Weise zum Erzeugen eines sehr hohen Wärmeflußes verwandt werden können,ist auf der anderen Seite ihre Verwendung mit nur geringfUgigweniger Vorteilen für einen Wärmefluß möglich, dessen Größe dem der vorbekannten Rohre entspricht.
• Werden die Heizrohre selbst als Ölleitungen verwandt, dann ist es immer zweckmäßig, den elektrischen Leiter mit der Innenfläche des Rohres am entferntesten Ende zu verbinden. An dem nahegelegenen Ende des Rohres wird dann die andere Verbindung zur Wechselstromquelle ebenfalls an der Innenseite des Rohres befestigt. Es wurde gefun'den, daß in beiden Fällen die Verbindung durch die Rohrwandung erfolgen' kann oder an der äußeren Oberfläche des Rohres, wobei 'ein geringes, lokales Gebiet auf der äußeren Oberfläche des Rohres eine hohe.
• Spannung aufweist. Üblicherweise wird diese isoliert und wird sich bei einer in der Nähe vorgenommenen Erdung des Ö.lleitungsabschnittes nicht störend'bemerkbar machen. Solche Erdungen sind abschnittsweise entlang der Ölleitung vorgenommen.
• Anpassung eines Heizrohres an die äußere Oberfläche einer Ableitung Fig. 1 zeigt eine Ölleitung 1, die vermittels ei, nes spezial-gewalzten oder gezogenen Heizrhres 2 erwärmt wird. Dieses Heizrohr besitzt einen irondsichelförmigen Querschnitt mit einer konkaven Fläche, die sich an die konvexe Oberfläche der Ableitung eng anschmiegt und an dieser befestigt ist. Hierdurch ergibt sich ein hervorragender Kontakt und ein verbesserter Wärmefluß vom Heizrohr zur Ölleitung. Diese spezielle Formgebung vereinfacht entscheidend die thermische Isolation, da diese weich und stetig sowohl die Ölleitung als auch das Heizrohr umschließen und mit einem Minimum an Material und Arbeit angebracht werden kann.
• Die zweckmäßigste Formgebung des Heizrohres gemäß Fig. 1 ist dann gegeben, wenn die äußeren Abmessungen des Heizrohres 2 so gewählt sind, daß der innere Umfang sich möglichst nahe der Tangente nähert, d.h. 1800 zu der Oberfläche der Ölleitung. Die äußeren sich erstreckender Kurvenflächen der Ölleitung 1 und des Heizrohres 2 sollen sich einem Winkel von 1800 nähern. Da jedoch oftmals Rauhigkeiten oder Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche der Ölleitung vorhanden sind uns um einen besseren Kontakt insbesondere der äußeren Kanten des Heizrohres zu erreichen, wird in der Praxis der Krümmungsradius des Heizrohres etwas größer sein als der ErUmmungsradius der äußeren Fläche der Ableitung, jedoch sollte dieser Radius nicht wesentlich größer sein.
• Der elektrische Leiter 3, der zusammen mit demm Heizrohr in Fig. 1 dargestellt ist, besteht aus drei Kupferdrähten mit normalen kreisförmigen Querschnitt, wobei jeder Draht mit dem üblichen Isolationsüberzug 4 versehen ist. Ebenso ist jedoch ein abgeflachter Querschnitt eines einzelnen Kupferdrahtes möglich. Dieser hat den Vorteil, daß er'sich möglichst weitgehend an den mondsichelförmigen Querschnitt des Heizrohres anpaßt und damit einen größeren Leitungsquerschnitt und eine entsprechend größere Wechselstromleitung ermöglicht.
• Die Verwendung eines spezial-gewalzten oder gezogenen Heizrohres entsprechend der Konstruktion gemäß Fig. 1 ist im wesentlichen nur für Anwendungsfälle mit großen, gleichbleibenden Ölleitungsdurcbmessern sinnvoll, da die Herstellungskosten der' spezial geformte Heizrohre nicht unerheblich sind. Bei Großaufträgen jedoch, z.1. bei Pipelines, die sich über Hunderte von Meilen erstrecken, sind die Herstellungskosten pro Längeneinheit solcher Rohre nicht wesentlich von denen der kreisförmigen Heizrohre verschieden. Die Darstellung zeigt lediglich ein Heizrohr'2 pro Ölleitung. Bei einem größeren Durchmesser der Ölleitung können jedoch zwei oder mehrere Heizrohre vorgesehen werden. Ebenso können die Querschnittsformen im Verhältnis variiert werden.
• Fig. 1 zeigt weiterhin ein annähernd halbkreisförmig gefertigtes Heizrohr 12, sowie einen elektrischen Draht 13 und dessen Isolierung 14. Dieses Heizrohr 12 besitzt eine abgeflachte Oberfläche 11, die sich in Kontakt mit einer Ölleitung relativ großen Durchmessers befindet. Bei gewalzten Ölleitungsrohren kann als abschließender Fertlgungsvorgang eine Abflachung der Oberfläche erfolgen, so daß sich eine exakte Anlage und Befestigung der Flächen 11 eines oder mehrerer Heizrohre ergibt. Die nach außen weisende Oberfläche des Heizrohres 12 bildet mit der Tangente an die Ölleitung einen Winkel von ca 1200. Stellt die nach außen,weisende Oberfläche einen genauen Halbkreis dar, dann wäre dieser Winkel etwas größer als 90°. Bei dem Heizrohr 3 beträgt dieser Winkel nahezu 180°.
• Um einen Vergleich mit dem Stand der Technik zu ermöglichen, ist in Fig. 1 eine drittes Heizrohr 22 aus einem normalen Rundrohr dargestellt. Es ist ersichtlich, daß der Kontaktwinkel des Kreises 22 mit der Ölleitungsoberfläche 0° beträgt.
• Dieses Heizrohr 22, ebenso wie d'ie Heizrohre 2 und 12, können mit der Ölleitung vor dem Isolieren derselben vermittels Punktschweißung verbunden werden oder durch Punkt-geschweißte Stahlbänder an der Ableitung befestigt werden. Ebenso ist eine einfache Befestigung vermittels eines Umscblingungsdrahtes möglich.
• Benutzun der äußeren Ölleitun soberfläche als Teil der inneren Oberfläche eines Heizrohres Ölleitupgsrohre sind in der Regel aus Flußstahl hergestellt. Normalerweise zeigt dieses Material infolge seiner. Permeabilitätseigenschaften und infolge seines spezifischen Widerstandes den gewünschten Skin-Effekt, so daß Teile der Oberfläche solch einer Ölleitung sowohl in einer Standard-als auch in einer Spezialausführung als Teil der inneren Umfangsfläche eines Heizrohres benutzt; werden können.
• Das in Fig. 2 gezeigte, an Ort- und Stelle hergestellt Heizrohr 2 be-sitzt ebenfalls einen mondsichelförmigen Querschnitt. Die Konstruktion besteht aus einem ca 3 mm oder dickeren Stahlblech, das mit seinen beiden Kanten an der zylindrischen Ölleitung 1 anliegt, wobei die Kanten in Längsrichtung an der~Ölleitung vermittels einer Schweißnaht 5 befestigt sind. Das Stahlblech- ist muldenfömrig vorgeformt und besitzt einen Krümmungsradius der geringer ist als der' Krümmungsradius der äußeren Oberfläche der Ölleitung. Die äußere Oberfläche der Ölr leitung selbst, die von dem Stahlblechstreifen abgedeckt wird, wird dadurch ein effektiver Bestandteil des Heizrohres und wird in seiner äußeren Hautschicht infolge des Skin-Effektes zum Leiten eines Teiles des Wechselstromea herangezogen. Entsprechend dem in der Hautschicht vorhandenen Leitungswiderstand wird Wärme direkt an die Ölleitung abgegeben. Die infolge dieser Heizrohrkonstruktion auftretende Gewichtserhöhung ist gering, da mehr als 40 - 45% des Heizrohres durch die Oberfläche der Ölleitung gebildet werden, die damit einen doppelten Zweck erfüllt. Bei dieser AusfUhrungsform bilden wiederum die Teile des Heizrohres mit der Oberfläche der Ölleitung einen Winkel von nahezu 1800.
• Wie in Fig. 2 angedeutet, besitzt der elektrische Leiter 3 im Inneren des Heizrohres 2 einen besonders abgeflachten Querschnitt. Alternativ hierzu können natürlich ein, zwei oder mehrere, in üblicher Weise isolierte Drähte zum Leiten des Wechselstromes benutzt werden.
• Fig. 3 stellt eine modifizierte Form des Ausführungsbei spiels gemäß Fig. 2 dar und besitzt eine besser angepaßte Querschnittsform zum Verlegen eines größeren, kreisförmigen elektrischen Leiters 3, der einen normale Isolation 4 besitzt. Die bessere Anpassung des geformten Blechstreifens 2 an die äußere -Oberfläche der Ölleitung 1 erlaubt einerseits einen besseren Wärmedurchgang und bietet andererseits -für den Schweißvorgang einige Vorteile.
• Ein anderes Ausführungsbeispiel eines Heizrohres ist ebenfalls in Fig. 3 an der gleichen Ölleitung 1 dargestellt. Eine spezielle Auskehlung 11, die während des Walzens oder auf andere Weise in die Wandung der Leitung 1 eingearbeitet worden ist, ist von'einem Blechstreifen 12 aus Stahl mit einer Mindestdicke von 3 mm bedeckt, wobei der Blechstreifen entlang seiner beiden Kanten mit der Leitung verschweißt worden ist. Hierdurch entsteht ein Heizrohr, dessen innere Umfangsoberfläche zum größten Teil von der äußeren Oberfläche der allein tung gebildet worden ist, und das eine ausgezeichnete lTårmeübertragung auf das im Innern strömende Medium besitzt, wobei die äußeren Abmessungen der Gesamtkombination kaum von der Kreisform abweichen. Dementsprechend ist eine Isolierung leicht durchzuführen. Obgleich die Auskehlung in der dargestellten Form tief genug ist, um einen elektrischen Leiter 13 vollständig aufzunehmen, kann diese auch flach ausgeführt werden und vermittels eines -leicht konkav geformten Abdeckstreifens verschlossen sein.
• In Fig. 3 ist noch eine weitere Variation der Ö1-leitung dargestellt, deren Fertigung leichter durchzuführen ist. Das Heizrohr wird durch einen abgeflachten länglichen Teil 21, der während des Fertigungsvorganges durch Spezialwalzen o.ä. hergesteLlt wird1 und durch einen geformten Abdeckstreifen, der in Längsrichtung mit der Ölleitung verschweißt ist, gebildet.
• In allen drei Ausführungsbeispielen der Fig. 3 bilden die äußere. -Oberfläche der Ölleitung und die an ihr anliegenden Teile des Heizrohres zusammen eine Winkel von 180<.
• Doppelkanal-Leitung, bei der der eine Kanal als Heizrohr ausgebildet ist Fig. 4 zeigt einen Querschnitt einer Ölleitung 1, wobei das Heizrohr 2 in der nahtlos gezogenen und geformten Leitung eingebaut ist. Solche Doppelkanal-Leitungen sind mit kleinen Durchmessergrößen erhältlichund bestehen normalerweise aus Aluminium, das jedoch für die hier diskutierten Fälle nicht verwendbar ist. Die gemeinsame Wandung des Heizrohres und der Ölleitung erlauben einen ausgezeichneten Wärmetransport und die nicht unterbrochene zylindrische äußere Oberfläche ermöglicht eine einfache Ausführung der Isolation. Der kritische Winkel beträgt 1800, da die gemeinsame Wandung den Teil der Oberfläche schneidet bzw.
• berührt, durch den eine Tangente gezogen werden kann.
• Die Herstellung solch eines Doppelkanal-Typs gemäß der Fig. 4 kann auch durch Walzen erfolgen. Dabei durchlaufen ein größeres Rohr, das auf oder über die Schweißtemperatur erhitzt worden ist, und ein kleineres Rohr, das eine etwas' geringere -Temperatur besitzt,' sogenannte Formwalzen, die Querschnittsformen nicht unähnlich denen der Fig.4 erzeugen, wobei dann jedoch die gemeinsame Wandung etwas dicker als die äußere Wandung der allein tung ausfällt. Natürlich kann auch ein im Verhälntis zur Ableitung l-wesentlich kleineres Rohr 2 benutzt werden.
• Dieser Doppelkanal-Leitungstyp stellt vermutlich die optimalste Form für Ölleitungen kleineren Durchmessers dar. Werden solche Rohre mit einem bestimmten Durchmesser für einen Auftrag in beachtlicher Länge notwendig, dann wird bereits die Anschaffung eines Spezial-Rohrwalzwerkes o. ä. rentabel.
• In der Regel wird auch hier wieder Flußstahl das geeigneste Material für dieses Doppelkanal-Leitungen darstellen, bei denen der eine Kanal die Ölleitung und der andere Kanal das Heizrohr ist.
• Heizrohr, welches vollständig in eine Leitungswandung eingeschweißt ist.
• Eine bevorzugte Ausführungsform, die gleich vorteilhaft wie die in Fig. 4 gezeigte ist, jedoch hauptsächlich für größere Rohre, dh. mit einem 12-zölligen Durchmesser und darüber, insbesondere größer als 24 Zoll, zur Anwendung, kommt, zeigt Fig. 5. Hier ist das Heizrohr 2 vollständig in die Wandung der Ölleitung 1 eingeschweißt. Die Ölleitung 1 ist aus Ble¢hstreifen hergestellt,die durch Pressen oder Walzen in eine Rohrform gebracht worden sind, wobei zwischen den gegeüberliegenden Kanten ein Spalt als Öffnung verblieben ist. In diesen Spalt wird das Heizrohr eingelegt.
• Vermittels einer normalen Rohrschweißmaschine wird entlang der gemeinsamen Kanten von Ölleitung und Heizrohr eine Schweißnaht 5 gelegt. Die Größe des Heizrohres sowie des Leitungsrohres ist dabei variierbar.
• Das in Fig. 5 dargestellte Heizrohr 12 wurde in der gleichen Weise wie das in Fig. 5 dargestellt Heizrohr 2 verschweißt, jedoch wurde das Rohr beim Verschweißen eo gehalten, daß seine äußere Oberfläche mit der Oberfläche der d leitung fluchtet, so daß sich mit dem den Restspalt ausfüllenden Schweißbad - sofern gewünscht - ein exakter äußerer Zylinder ergibt. Der größte Teil des Heizrohres befindet sich somit im Inneren der Ölleitung, wodurch dessen Oberfläche einen direkten und ausgezeichneten Wärmetransport zu dem Medium ermöglicht. Eine weitere Variation dieses Ausführungsbespie1es, bei dem ein Heizrohr rohr entsprechend dem in Fig. 5 mit 2 bezifferten Heizrohr eingeschweißt worden ist, ergibt sich dadurch, daß nach- dem Schweißvorgang das Heizrohr durch einen Walzvorgang oder ähnlich abgefladt wird, so daß sich im wesentlichen eine gleichmäßige äußere Oberfläche der ölführenden Leitung ergibt. Da der sich im Inneren der Ölleitung befindende Teil des Heizrohres im gewissen Maße die Strömung des Öles bzw. det Mediums behindert, kann, um diesen Strömungswiderstand auf ein Minimum zu reduzieren, das Heizrohr mit einer Oberfläche versehen werden, die nach dem Verschweißen mit der inneren Oberfläche der Ölleitung bündig abschneldet.
• Da die in dieser Art ausgeführte äußere Oberfläche des Heizrohres mit der äußeren Wand der Ölleitung einen Winkel größer -als 90° , normalerweise--nahesu oder gleich 1800 , bildet, besteht, ein ausgezeichneter thermischer Kontakt mit der Wandung der Ölleitung und weiterhin ein unmittelbarer Kontakt mit dem transportierten Medium.
• Solche Heizrohre ermöglichen einen hohen Wärmefluß und verursachen lediglich eine geringe Behinderung beim Anbringen der Isolation.
• Große Rohrleitungen mit einem Durchmesser ?on mehr als 30 Zoll werden häufig hergestellt, indem Blechstreifen von 12-18 m Länge in Preßformen su halbkrei,sförmigen Mulden geformt werden. Zwei von diesen-Mulden werden zu einem Rohr zusammengesetzt, wobei die Schweißnähte auf gegenüberliegenden Seiten der fertigen Zylinder zu liegen kommen. Für Ölleitungen mit einem Durchmesser größer oder kleiner als 30 Zoll können zwei Heizrohre beim abschließenden Zusammenschweißen der. halbkreisförmigen Muldenhälften mit eingearbeitet werden.
• Drei oder,:mehrere Heizrohre können in gleicher Weise in den Schweißnähten sehr großer Ölleitungen befestigt werden, .
• wenn die Bleche geteilt, gepreßt und zusammen mit den Heiz-@rohren verschweißt werden.
• In den großen, bekannten Pipelines zum Transport von Öl sind unter mäßigen Bedingungen nicht weniger als sechs Heizrohre installiert worden und mitunter waren noch eine größere Anzahl notwendig, um eine Verteilung der Wärme auf die Wandung eines z.B. 32-zölligen Ölleitungsrohres, und damit auf dessen Inhalt vornehmen zu können, wobei unter harten Bedingungen entsprechend der niedrigen Umgebungstemperaturen erhebliche Wärmeverluste hingenommen werden mußten. Infolge des nunmehr verbesserten Wärmetransportes der beschriebenen Heizrohre sind für Ö1-leitungen jeder Größe solch eine Anzahl an Heizrohren nicht mehr notwendig. Jedoch können jede gewünschte Anzahl Heizrohre entsprechend einem der in Fig. 1 - 5 dargestellten Ausführungsbeispiele vorgesehen werden, sofern die besonderen Umweltbedingungen dies wünschenswert erscheinen lassen. Zum Beispiel können drei solcher Rohre verwandt werden, wobei jeweils ein Heizrohr mit einer der drei Phasen eines normalen Wechselstromerzeugers beaufschlagt wird. Wird die Ausführung gemäß Fig. 5 verwandt, dann entspricht die Breite eines Muldenbleches ca 1200 Umfassungwinkel des fertigen Leitungsrohres. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Anzahl der Schweißnähte, die Anzahl der Muldenbleche und die Anzahl der Heizrohre immer übereinstimmen.
• Die Einbeziehung des Heizrohres in die Wandung einer Ö1-leitung ermöglicht während des Betriebes einen sehr hohen Wärmefluß, Jedoch sind die Vorteile dieses Systems auch bei geringeren Wärmeleistungen gegeben.
• Zwei koaxiale Heizrohre In Fig. 6 stellt der äußere, dünne, zylindrische Teil 2 ein Heizrohr dar. Der innere, dünne, zylindrische Teil 3 übernimmt dabei die Aufgabe des elektrischen Leiters und bildet somit den einen Teil des Wechselstromkreises. Die äußere Oberfläche des Rohres 3 ist nahe dem entfernt gelegenen Ende mit der inneren Oberfläche des ,,äußrere Heizrohres verbunden. An dem nahegelegenen Ende sind die innere Oberfläche des Rohres 2 und die äußert Oberfläche des Rohres 3 mit den entsprechenden Anschlüssen der Wechsel stromquelle verbunden. Das innere Rohr 3 befindet sich in dem Feld des durch das äußere Heizrohr 2 fließenden Stromes.
• Besteht das Rohr 3 ebenfalls aus Stahl odereinem anderen Material , das den Skin-Effekt aufweist, dann wird dieser Skin-Effekt auf der äußeren Oberfläche (die dem fließenden Strom im Rohr 2 am nächsten liegt) stattfinden. Das innere Heizrohr 3 erzeugt ebenfalls Wärme, die normalerweise durch das umgebende Rohr 2 abgeführt werden muß. Beide Rohre 2 und 3 müssen jedoch voneinander durch einen geeigneten rohrförmigen Isolator 4 getrennt sein, wobei dieser Isolator seine Eigenschaften für die zur Anwendung kommenden emperaturbereiche beibehält. In einigen Anwendungsfällen kann der Spalt zwischen den Rohren 2 und 3 mit Luft gefüllt sein, wobei geeignete Abstandshalter für die Aufrechterhaltung; diese,s Spaltes sorgen.
• Die Anwendung des Skin-Effekt- Widerstandes in dem Rohr 3 besitzt Vorteile, wenn es notwendig ist, die Innenseite des Rohres 3 gegen den Wechselstromfluß auf seiner Außenseite zu isolieren. Andernfalls würde ein Leiter mit einem geringeren Gewicht den gewünschten Widerstand und die Beheizung geben. Dieser Leiter würde normalerweise ein Rohr sein, dessen Wandstärke mindestens ca 3 mm beträgt und daß bei einigen Ausführungsbeispielen auf der Innenseite gegenüber dem Wechselstromfluß auf seiner äußeren Oberfläche isoliert ist.
• Infolge des relativ großen Stromflußes auf der Oberfläche sogar mittelmäßig großer Rohre benötigt das koaxiale Heizsystem mit seinem geringen Widerstand sehr geringe Stromspannungen pro Langeneinheit, Es gibt zwar einige Maßnahmen, um diesen Widerstand zu erhöhen, jedoch ist der geringe Spannungsabfall ein sehr großer Vorteil, wenn es sich um Pipelines handelt, die sich über weite Entfernungen erstrecken und das Heizrohr direkt als ölführende Leitung benutzen.
• Heizrohre, die nicht achsparallel zu einer Ölleitun aus erichtet sind 5 iral- oder schraubenförmige Anordnung Bei Ölleitungen zum Transport sehr schwerer Öle, aber auch in einigen anderen Anwendungsfällen, tritt mitunter, ohne daß die obere Grenze des Wärmeflußes von einem Heirzohr erreicht wurde, bereits eine örtliche Überhitzung des oeles, welches sich in Kontakt mit dem das Heizrohr tragenden Teil der Leitungswandung befindet, ein, da eine unregelmäßige Ableitung der Wärme über den gesamten Strömungsquerschnitt des Mediums vorliegt. Die hohe Viskosität des nicht genügend beheizten Öles kann dementsprechend nicht, vermindert werden.
• Als ein schlechtes AusfUhrungsbeispiel soll der Fall genannt sein, bei dem das Heizrohr in der oberen Eulminationslinie der Ölleitung angeordnet ist. Das Öl, das sich im Bodenbereich der Leitung befindet, besitzt dann eine wesentlich geringere Temperatur, ebenso teilweise das bs, das sich in der Nähe der Seitenwandungen befindet.
• Beim Transport des Petroleumöles wird zwar das überhitzte Öl in seinen Eigenschaften nicht beeinträchtigt, doch es bleibt der Nachteil, daß entweder eine zusätzliche Pumpleistung zum Befördern des sich im unteren Teil der Leitung befindenden Öles höherer Viskosität notwendig ist oder aber eine zusätzliche Wårmezufuhr, um die gesamte ölmenge in der Ableitung auf die gewünschte Temperatur und damit geringe Viskosität zu bringen. In anderen Anwendungsbeispielen, insbesondere bei Produkten der Nahrungsmittelindustrie, müssen schon leichte Überhitzungen des Produktstromes vermieden werden.
• Strömt. das Öl in der Leitung bei Reynolds - Zahlen, die eine turbulente Strömung bedingen, dann bewirkt die normale Turbulenz und die gonpektionsströmung innerhalb des Mediums eine Vermischung des Uberhitzen und des schlecht erwärmten Öles , so daß eine gleichmäßige Temperatur über den gesamten Strömungsquerschnitt hergestellt wird. Im Bereich der Ölleitungswandungen herrscht grundsätzlich eine zähe Strömung. Da diese bis in iefergelegene Schichten reicht und die effektive Transportkapazität der Pipeline. wierklich verringert, sollte etwas mehr Wärme als erforderlich zugeführt werden.
• Diese Erscheinung ist insbesondere beim Anfahren einer Ölleitung von erheblichem Einfluß, wenn diese vor Inbetriebnahme mit einem zähen und ausgekühlten Öl gefüllt ist. Wird die Ableitung nur in ihrem oberen Teil beheizt, dann wird im Bodenbereich eine mehr oder weniger stagnierende Ölschicht vorhanden sein.
• Um diese Nachteile zu verringern, sind eine Anzhal Heizrohre mit im wesentlichen axialer Ausrichtung verwandt worden, so daß die Leitung der Wärme entweder durch die Rohrwandung oder durch das Medium über eine kürzere Distanz erfolgte, wodurch eine mehr oder weniger gliohmäßige, geringe Temperatur erreicht wurde. Bei der bekannten Art der Beheizung, bei der nicht weniger als sechs Heizrohre am Umfang eines 32-zölligen Rohres verteilt waren, befand eioh das in unmittelbarer Nähe der inneren Rohwandung strömende -Öl oftmals in einer Entfernung von über 20 cm von einem Heizrohr. In diesem Fall werden zumindest Teile des Öles niemals gleichmaßig beheizt werden können und damit in ihrem zähen Zustand bleiben.
• Wird-eine entsprechende Wärmemenge zum Beheizen des gesamten Öles- zugeführt, dann wird zwangsläufig ein Teil des Öles auf eine höhere Temperatur aufgeheizt~ als notwendig, wodurch zusätzliche Wärmeverluste auftreten.
• Die direkte Benutzung einer Nieder-Spannungs-Heizung zum Beheizen kurzer Strecken von Ölleitungen geringer-Größe besitzt eine Anzahl negativer Begleiterscheinungen, obwohl sie eine gleichmäßige Beheizung des sich in Kontakt mit der Leitung befindenden Öles sicherstellt, während dieses die Länge, der Ölleitung gleichmäßig verteilt durchströmt. Die Strömungsrichtung ist dabei, wie bei jedem konventionellen Leiterwiderstand, der kürzeste Weg von einem Ende zu dem anderen in Längsrichtung des Elementes.
• Dieses Problem, die Flüssigkeitsreibung in der Ö1-'leitung zu vermindern, wird nunmehr gelöst, indem die gleichmäßige und wirtschaftliche Beheizung der gesamten Ölströmung unmittelbar anliegend-an die Leitungswandung erfolgt und zwar in Leitungen jeder handelsüblichen Grösse, 48-zöllig oder mehr, und in einer Länge bis-zu mehreren Meilen. Dies wird erreicht, indem das"H-eizrohr spiralig um die Ölleitung angeordnet wird. Überraschend wurde dabei festgestellt, daß der Wechselstrom veranlaßt werden kann, dem wesentlich längeren Spiralweg zu folgen - genau wie das Heizrohr, das zudem teilweise als Leitungswand eingesetzt werden kann.
• Während bisher die eine Leitung umgebenden, spiralig gewundenen elektrischen Widerstands-Heizelemente immer gut von dem Rohr isoliert angeordnet waren, ist es nunmehr entgegen allen bisher üblichen Erkenntnissen hinsichtlich der Stromleitung möglich, einen Wechselstrom zu veranlassen, einem metallischen Leiter, einem Stahlrohr, zu folgen, dessen Leitungsweg, da spiralig, sehr viel länger ist als der kürzeste Weg entlang eines Elementes der Rohrleitung. Dieses spiralige Heizungssystem ist vorteilhaft anwendbar für jeden Wärmefluß, insbesondere jedoch für die sehr grossen Wärmeflüße, wie vorstehend beschrieben.
• Besitzt die Schraubenwindung des Heizrohres eine Ganghöhe (Entfernung zweier Windungen, in Richtung der Ölleitung gemessen), die dem Durchmesser D gleich ist, dann ist die Länge der Schraubenwindung gleich der Hypotenuse eines rechtwinkligen Dreiecks, bei dem eine Seite D ist und die andere der UmSanz »¢ 9 . Die Heizrohrlänge pro Windung beträgt dann oder d.h. ca 3,3 D.
• Somit ist es nunmehr möglich, unter VerwendunG des Skin-Effektes und eines Heizrohres, welches in einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung einen Teil der Oberfläche einer Ölleitung darstellt, den Wechseltrom zu veranlassen, ca den 3,3-fachen Weg relativ zu der kErzestmöglichen Entfernung zurückzulegen, bzw. relativ zu der Entfernung, die erwartet worden wäre, z.B. in dem Fall, wenn die Rohrleitungswandung selbst als Widerstandsleiter benutzt wird. Werden Ganghöhen kleiner als der Ölleitungsrohrdurchmesser verwandt, dann sind sogar noch größere; Verhältnisse'als 3,3 möglich.
• Infolge eines spiralig oder sd@raubenförmig verlegten Heizrohres werden alle Umfangsbereiche oder Kreisbögen der Ableitung - und insbesondere das in ihr transportierte Öl - über die gesamte Menge der Ölleitung mit dem gleichen Wärmebetrag versehen. Dies steht in vorteilhaftem Gegensatz zu der ungleichmäßigen Beheizung durch solche Heizrohre, die im wesentlichen in axialer Richtung parallel zu der Ölleitung entlang eines einzigen Abschnittes des Leitungszylinders verlegt werden. Nunmehr sind in dem transportierten-O.l wesentlich geringere Temperaturdifferenzen während des Beheizungsvorganges vorhanden, so daß die Gefahr einer Ölüberhitzung vermieden und die Heizkosten gesenkt werden. Bei sehr großen Ölleitingen , die harten Bedingungen ausgesetzt sind, kann die Beheizung in Form einer zweigängigen Schraubenwicklung erfolgen. Ebenso ist eine dreigängige Schraubenwicklung möglich, wobei dann alle drei Phasen eines normalen Wechselstromerzeugers benutzt werden können.
• Da die größte Pumpleistung zur Förderung des Öles.
• in einer Pipeline von den Reibungskräften der Strömung schichten in unmittelbarer Nähe der Rohrwandung - unabgängig von der Größe des.Rohres - verursacht wird, ist es naheliegend, daß eine gleichmäßige Beheizung des an die Rohrwandung angrenzenden Öles eine beachtliche Reduzierung der Reibungskräfte zur Folge hat, selbst dann, wenn das Öl in der Mitte der Strömung noch relativ kalt ist. Die Umkehrung dieser Betrachtungsweise zeigt, daß ein in der Mittelachse der Pipeline angeordnetes Heizrohr, neben der Verursachung eines zusätzlichen Strömungswiderstandes entlang seiner äußeren Oberflächen, eine wesentlich größere Wärmeabgabe besizten muß, da das kälteste Öl in der Nähe der Pipeline-Wandung infolge der hier verursachten größten Reibungskräfte auf eine höhere Temperatur als das Öl in der Strömungsmitte aufgeheizt werden muß, wobei noch der. weitere Nachteil besteht, daß diese Strömungsschichten infolge der Wärmeabgabe an die äußere Piper line-lrandung und infolge der kühleren Umgebungstemperaturen besonders stark und schnell abkWhlen.
• Die Ölleitung gemäß Fig. 7 besitzt ein spiralgewundenes Heizrohr, das an der äußeren Oberfläche der Leitung auf verschiedene Art und Weise befestigt werden kann. Die Ölströmung in der Nähe der Wandung schneidet alle Schraubenwindungen des Heizrohres und wird somit gleichmäßig über den Umfang erwärmt. Dabei wird seine Viskosität verringert und die Strömung verursacht nur minimale Rei.bungskrafte. Da das gleichmäßige Beheizen über den gesamten Umfang der Strömung erfolgt,wird das im Inneren strömende, kalte Öl in Form eines Zylinders oder Pfropfens von der äußeren,mit wesentlich geringerer Zähigkeit strömenden Schicht umgeben, wodurch gewissermaßen der innere Pfropfen des kalten Öles beim Durchströmen der Ölleitung "geschmiert" wird. Es wurde de gemessen, daß dieser Strömungszustand im Vergleich zu dem Strömungszustand, bei dem die Temperatur des Öles über den gesamten Querschnitt ausgeglichen ist, nicht wesentlich mehr Pumpleitung erfordert.
• - Diese gleichmäßige Beheizung und Redzuierung des Strömungswiderstandes in unmittelbarer Nähe der inneren Pipeline-Wandung hat weiterhin zur Folge, daß, die Transportkapazität der Pipeline mit einem spiralgewundenen Heizrohr im Gegensatz zu einer solchen mit axial angeordneten Heizrohren immer bemerkenswert größer ist. Diese höhere Transportkapazität wird bei gleichem Druck im Pumpstutzen und bei gleicher Wechselstromleistung erreicht.
• Der ausgezeichnete Wärmetransport infolge der Querströmung des Öles relativ zu dem Heizrohr erlaubt,einen ungewöhnlich hohen und wirksamen Wärmefluß zu installieren. Entscheidend ist, daß dieser wesentlich höhere Wärmefluß auch während des Betriebes mit Sicherheit aufrechterhalten werden kann.
• Der Durchmesser des Heizrohres ist im Vergleich zum Durchmesser der Ölleitung immer relativ klein, so -daß üblicherweise das Spiralwickeln ohne Deformation der HeiZ-rohrwandung erfolgen kann. Es kann an Ort und Stelle durch Heftschweißung oder durch Nahtschweißung mit,den neizrohren entlang eines zylindrischen Leitungsabschnittes verbunden werden. Infolge der spiraligen Anordnung um das Ölieitungsrohr können Dehnungsspannungen vernachläßigt werden. Bei in axialer Richtung angeordneten Heizrohren ist dies nicht möglich. Temperaturgefälle zwischen Heizrohr und Ölleitung von 28 - 560 C können ohne Schäden aufgenommen werden.
• Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieser spiralgewundenen, gewalzten oder gezogenen Heizrohre besitzt eine abgeflachte Seite. Der Querschnitt kann dabei halbkreisförmig oder etwas mehr als halbkreisförmig, z.B.
• ähnlich dem abgeflachten Heizrohr 12 in Fig. l,ausgeführt sein. Als Material empfiehlt sich ein Stahl relativ hoher Geschmeidigkeit, so daß er im kalten Zustand zu einer Spiralwindung verarbeitet werden kann.
• Entsprechend dem Steigungswinkel oder der Steigungshöhe einer Schraubenwicklung berüht die flache Seite solch eines spezialgezogenen oder gewalzten Heizrohres die geraden Leitungsabschnitte in einer größeren Länge als wenn die Schraubenwicklung auf diesem Leitungsabschnitten im rechten Winkel aufgebracht worden wäre. (Dies ist die Hypotenuse eines rechtwinkligen Dreiecks, von dem ein Winkel der Steigung der Schraubenwicklung entspricht) Beim Aufwickeln der flachen Oberfläche eines Heizrohres auf die Leitungswandung wird das Heizrohr selbst ro Spiralwindung immer eine vollständige Drehung ausführen. Dieser fXufwickelvorgang läßt sich leichter und genauer durchführen, wenn das abgeflachte, jedoch noch gerade Rohr nach dem Ziehen bzw. Abflachen in der Walzvorrichtung noch im erwärmten Zustand gedreht wird. Ein vorher abgeflachtes und vorher gedrehtes Heizrohr kann leichter po um die geraden Abschnitte einer Ö1-leitung gewunden werden, daß es immer bündig gegen die Wandfäche anliegt. Dabei sollte zweckmäßig der abgeflachte Teil größer als, der des Rohres 12 in Fig.1 sein und mehr dem konkaven Teil-des Rohres 2 in Fig. 1 entsprechen.
• Für eine 30-zöllige Rohrleitung mit einem Umfang von ca 2,35 m beträgt der Abstand der Windungen des Heizrohres in Längsrichtung gemessen, wenn die Wicklung gegen die Ölleitung unter 600 erfolgte, in etwa 1,35 m9 wobei die Länge des Heizrohres ca 2,70 m /Windung (oder 2 m /m gerader Leitungslänge) erreicht. Somit sollte das Heizrohr pro 2,70 m seiner geraden Länge eine Drehung besitzen, wodurch beim Aufwickelvorgang die flache Seite immer gegen die Deitungswandung zu liegen kommt In gleicher Weise ist es möglich'die Heizrohre gemäß den Fig. 2 und 3 in einer Spiralwindung an einer Ölleitung zu befestigen.
• Wird die Zweikanal-Leitung gemäß Fig. 4 nach der Fertigung im noch warmen Zustand gedreht, und zwar um eine genaue Anzahl Drehungen pro, gegebener Rohrlänge, dann kann auch dieser Heizrohr-Typ in Form einer Spiralwindung verarbeitet werden.
• Bei der Herstellung einer spiralgeschweißten Leitung, bei der ein Blechstreifen o.ä. um einen Dorn gewickelt wird, ist es ebenfalls möglich, zwischen den beiden zu verschweißenden Blechkanten ein Heizrohr mit einzuwickeln, wie dies in analoger Weise in Fig. 5 dargestellt ist. Infolge einiger Vorteile hinsichtlich der wirtschaftlichen Fertigung solcher spiralgeschweißten Rohre ist dieses Verfahren oftmals am billigsten,um eine Ölleitung des Typs ZU erhalten, bei dem das Heizrohr integrierter Bestandteil der Leitungswandung ist.
• Spiralgewundene Heizrohre können grundsätzlich zu zweigängigen oder dreigängigen Schraubenwindungen verlegt werden, Je nach-dem,welche Erfordernisse oder Vorteile wärmetechnischer Art glichzeitig gewünscht werden.
• Eine dreigängige Verlegung solcher Heizrohre erlaubt die Verwendung aller drei Phasen eines Wechselstromerzeugers.
• Es hat sich herausgestellt, daß es nur selten notwendig ist ,Heizrohre in Schraubenwicklungen anzuordnen, dessen Steigungshöhe geringer als der Durchmesser der Ö1-leitung ist.
• In Fig. 7 beträgt'die Steigungshöhe bzw. der Abstand der Windungen der. Schraubenwicklung das Doppelte des Leitungsdurchmessers, Die Anordnung des Heizrohres zwischen den Kanten des zum Rohr gewickelten Blechstreifens o.ä., analog vergleichbar mit dem Rohr 12 in Fig.5, stellt lediglich ein bevorzugtes .MusfUhrungsbeispiel eines spiralgewundenen Heizrohrsystems dar. Die äußere Oberfläche des Heizzorhes berührt die Oberfläche der Ölleitung im Bereich der eingezeichneten, kräftigeren Schraubenlinie, die die äußere Seite der Schweißnaht darstellt. Der größte Teil des Heizrohres befindet sich somit innerhalb der Ölleitung und ist nicht sichtbar.
• Dieser Teil ist durch die gestrichelten Linien angedeutet. Nach dem Einschweißen kann zudem jeder leil des Heizrohres, der sich über die Oberfläche der äußeren Wandung der Ölleitung hinauserstreckt, abgeflacht werden.
• Diese Konstruktion arbeitet mit einem guten Wirkungsgrad, da die Strömung entlang der Heizrohre turbulent ist und einen maximalen Wärmefluß erlaubt. Jedoch wird durch diese Konstruktion auch die Reibung innerhalb der Pipeline erhöht und es steigt damit der notwendige Druck in dem Druckstutzen der Pumpe bei einem gegebenen Öldurchsatz. Alternativ kann natürlich auch das Heizrohr in der ,Ölleitungswandung so angeordnet werden, daß die Mittelachse des Heizrohres genau in der Stoßnaht verläuft, vergleichbar mit Rohr 2 in Fig. 5, wodurch die Reibung der Strömung reduziert wird. Soll die Behinderung des Öldurchflußes durch Heizrohre gänzlich vermieden werden, dann können diese mit bündig an der inneren Oberfläche der Ölleitung anliegenden Oberfläche verschweißt werden. Dieses letztere AusfUhrungsbeispiel ist in den Zeichnungen nicht näher dargestellt.
• Ist die Schraubenganghöhe gleich dem Durchmesser der Ölleitung, dann beträgt die Länge des Heizrohres ca 1 m pro laufende 30 cm der Ölleitung. Mit einer zweigängigen Schraubenwicklung erhält man die doppelte Länge.
• Da jedoch bei diesem Heizrohr-Typ ein größerer wirksamer Wärmefluß möglich ist, genügt bei jeder Ölleitungsrohrgröße bis zu ca 48 Zoll im Durchmesser eine eingängige Schraubenwicklung, deren Ganghöhe sogar größer als der Durchmesser der Ölleitung sein kann. Infolge der vorstehend genannten Gründe wird bei all diesen Ölleitungen eine niedrigere Pumpleistung notwendig sein als es bei vergleichbaren Leitungen mit axial und parallel ausgerichteten Heizrohren der Fall ist. Dies ist insbesondere dann gegeben, wenn die äußere Oberfläche des Heizrohres mit der inneren Oberfläche der Ölleitung bündig abschließt.
• Versuche haben ergeben, daß annähernd 175 Watt/0,30 m gerader Pipeline-Länge erforderlich sind, um eine Öltemperatur von 37,8u C im Inneren der Leitung aufrechtzuhalten, wenn diese mit einer 2,54 cm dicken Glasfiber-Isolierung mit einer Dichte von 112,14 kg /cm3 umgeben ist und die Außentemperatur -45,6° C bei einer Windgeschwindigkeit von 80 km /Std. beträgt. Da ein spiralig angeordnetes Heizrohr eine größere Heizfläche besitzt, muß zum Übertragen der gleichen Wärmemenge pro 0,30 m Heizrohrlänge ca 150 Watt jUbertragen werden, wenn der Winkel zwischen einem einzelnen Heizrohr und dem Iipelineabschnitt 300 beträgt. Das Heizrohr kann aus einem Stahlrohr gemäß Schedule 40 gefertigt sein, wobei eine Größe entsprechend der nachfolgenen Tabelle ge@ wählt werden kann: Abmessungen gemäß Schedule 40 für US-Standard-Stahlrohre Nenn- äußerer Wand- innerer innere innere Quergröße Durchmesser dicke Durchmesser Umfang schnittsfläche (Zoll) (cm) (mm) (cm) (cm) (cm2) 3/4 2,67 2,9 2,09 6,58 3,45 1 3,34 3,4 2,67 8,39 5,57 1 ½ 4,83 3,7 4,10 12,85 13,15 k 2 6,04 3,9 5,25 16,50 21,70 2 ½ 7,30 5,2 6,28 19,70 30,80 3 8,90 5,5 7,80 24,50 47,70 3 ½ 10,18 5,7 9,03 28,3 63,80 Die Auswahl der Größe eines Heizrohres ist ent-@ sprechend der länge desselben, der Stärke des verwendeten elektrischen Leiters und der Isolation vorzunehemn. Beträgt die Länge der Pipeline, die vermittels eines in Form einer eingängigen Schraubenwicklung geformten Heizrohres zu beheizen ist, 32 km, dann ist das Heizrohr, welches unter einem Winkel von 300 gewickelt iet, 18,3- km lang.
• Das Heizrohr kann z.B. so groß wie das 8 1/2-zöllige US-Standard-Rohr mit den aus der Gabeile zu entnehmenden Abmaßen gewählt werden. Weiterhin kann ein massiver oder aus mehreren Litzen aufgebauter Kupferleiter entsprechend einem 0000-Kupferdraht verwandt werden. Dieser 0000-Kupferdraht besitzt einen Durchmesser von 1,17 cm, einen Querschnitts-Umfang von 53,7 x 105 «m bzw. einen Querschnitt von 1,07 cm2 und einen Widerstand von 0,06 Ohm / 305 m bei einer Betriebstemperatur von 770 C. Das Längengewicht beträgt 0,96 kp / m.
• Wird weniger teures Aluminum als Leiter verwandt, dann beträgt der Querschnitt ca 1,43 cm2 und der entsprechende Durchmesser ca 1,35 cm bei einem Lingengewicht von 0,394 kp / m.
• Zusätzlich zu den Vorteilen des Aluminiums hinsichtlich seines wirtschaftlichen Einsatzes und größere Flexibilität ergibt sich der Vorteil, daß der Leiter einen größeren Durchmesser und damit eine größere Oberfläche zum Ableiten der Warme entsprechend seines Leitungswiderstandes an das benachbarte Heizrohr besitzt.
• Bei Abwendung entweder von Kupfer oder Aluminiumleitern der entsprechenden Größen ist eine Amperestärke von 618 Ampere bei 14.800 Volt spannung notwendig.
• Mit einer 1,9 mm starken Isolierung erhält man einen Kupferleiter von ca 1,58 cm Durchmessern oder einen Aluminiumleiter von ca 1,75 cm Durchmesser.
• Ist das Heizrohr mit einem Öl gefüllt, dann ist einerseits das Kabelziehen leichter durchzuführen und andererseits sowohl die elektrische Isolation als auch die thermische Leitfähigkeit besser, d.h. es ergibt sich eine niedrigere Temperatur des Lei ters.
• Die Auswahl der Heizrohrgröße, des Leiters bzw.
• der Drahtgröße, der Isolierungsart und ihrer Dicke erfolgt nach den verschiedensten Überlegungen hinsichtlich des Entwurfes und der konstruktiven Ausführung der'Gesamtanlage. Eine etwas dickere Isolierung kann wegen des besseren Schutzes der äußeren Lagen bevorzugt werden.
• Ebenso kann eine geringere Pipelinegröße, z.B. 1 1 Zoll, möglicherweise mit einer schwereren Wandausführung als es dem US-Schedule 40 entsprlcht,verwandt werden. Diese Faktoren sind von den Einzelfragen der Pipeline-Verlegung abhängig.
• Heizrohre als Ölleitungen Das Heizrohr selbst kann auch direkt als Ölleitung verwandt werden wie dies in den Fig. 9 und 9a dargestellt ist. Diese zeigen eine Pipeline zum Transport von 01 oder anderen Flüssigkeiten, die, in diesem Fall, den Wechselstrom nicht leiten dürfen, wenn der im Inneren angeordnete Leiterdraht nicht isoliert ist. Sowohl der eslektrische Leiter als auch die Wandung des Heizrohres bzw. der Ölleiung geben direkt die Wärme an das zu transportierende 01 oder die Flüssigkeit ab. Die abgegebenen Wårmemengen des Leiters und des Heizrohres verhalten sich wie ihre Widerstände, da beide in Serie geschaltet und mit der gleichen Wechselstromstärke beaufschlagt sind.
• Diese Ausführungsform wird für lange Pipelines bevorzugt und kann in jeder vorkommenden Größe ausgeführt werden.
• In einem anderen Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 9 nicht dargestellt ist, kann der elektrische Leiterdraht gut isoliert werden, und zwar mit einem gegen Öl oder andere Medien widerstandsfähigen Material, und in einfacher Weise auf dem Boden der Pipeline verlegt werden, wobei er natürlich über seine Länge gut befestigt sein muß, um Verschiebungen durch die angreifende Reibungskraft der Strömung zu verhindern.
• Bei einer solchen Verlegungsart, bei der der elektrische Leiter näher an einen Teil der Wandung (hier der Bodenfläche) der Ölleitung herangerückt ist, ergibt sich eine leicht veränderte Verteilung des infolge des Skin-Effektes in der inneren Umfangsschicht des Heizrohres verlaufenden Stromes. Diese Erscheinung kann jedoch im Entwurf berücksichtigt werden und hat keinen wesentlichen Einfluß auf die Anwendbarkeit eines zugleich als Ölleitung dienenden Heizrohres.
• Üblicherweise wird jedoch der innere Leiter in axialer Richtung in der Mitte des Rohres gehaltene In Fig. 9 wird der elektrische Leiter mit dem einen Anschluß (+) der Wechselstromquelle verbunden. Der Leiter ist nicht isoliert, wenn man von der Ausnahme absieht, daß bei seiner Durchführung durch den Abzweigstutzen 9 eine Isolierung gegeben ist, da diese ein rohrförmiges Isolationsrohr 14 und einen isolierenden Flansch 44 besitzt. Aus Polyäthylen gefertigte oder andere Abstandshalter 4 tragen den Draht 3, wobei dieser Abstandshalter in Augen 10 befestigt sind, die an der Innenseite der Pipelinewandung angeschweißt sind. Der andere Anschluß für den Wechselstrom ist an der mit der Bezugsziffer 7 versehenen Stelle nahe dem Eintrittsende des elektrischen Drahtes vorgenommen. Auch hier besitzt der Abzweigstutzen 9 wiederum ein Isolationsrohr 14 und einen isolierenden Flansch 44, durch die der elektrische Draht zum zweiten Anschluß (-) der Wechselstromquelle hindurchgeführt iat.
• In dem vorstehenden Beispiel eines 48-zölligen Ölleitunsrohres mit einer Länge von 16,1 km und einer Umgebungstemperatur von -45,6° C beträgt die Leistungsaufnahme 275 Watt /0,30 m Länge. Für diesen Anwendungsfall empfiehlt sich ein axialer Le'iter aus einem konzentrisch geflochtenen Kupferkabel mit einem Durchmesser von 1,96 cm. Auch ein Kupferstab mit 1,9 cm Durchmesser würde genügen. Beim Transport'ton Rohöl braucht der Leiter nicht isoliert zu werden. Natürlich ist auch eine geeigneielsolation möglich, die jedoch in dem-vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht näher dargestellt ist. Der Leiter wird von Abstandshaltern getragen, die z.B. aus Polyäthylen gefertigt und in kleinen, an der inneren Oberfläche der Rohrleitung angeschweißten Augen befestigt sind. Auf 3 m Bi terlänge werden in der Regel drei Abstandshalter angeordnet. Eine Aluminiumleiste kann ebenfalls als axialer Leiter verwandt werden.
• Dieser würde im Querschnitt etwas größer ausfallen, wobei der Querschnitt im umgekehrten Verhältnis zum spezifischen Widerstand steht, jedoch würde er insgesamt leichter und billiger ausfallen. Normalerweise würde dieser Leiter mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet sein, doch können ebenfalls abgeflachte Stränge oder andere Querschnittsformen verwandt werden, die eine größere Oberfläche für die Wärmeableitung , eine bessere mechanische Festigkeit oder andere Eigenschaften besitzen.
• Die eingegebene Leistung wird in etwa zur Hälfte infolge des Widerstandes des axialen Leiters und zur anderen Hälfte infolge des Widerstandes der inneren Hautschichten des 48-zölligen Rohres in Wärme umgesetzt. Bei einer Länge von 16,1 km ist ein Wechselstrom mit 5.300 Volt und 1.750 Ampere zweckmäßig, d .h. 0,1 Volt / 30 cm Länge.
• | Es können sowohl größere als auch kleinere innere Leiter verwandt werden. Wird,wie in dem vorherigen Be spiel eines spiralgewundenen Heizrohres, ein Kupferdraht, Größe 000, verwandt, dann sind ein geringeres Eupfergeweicht und damit geringere Kosten notwendig. Jedoch ist der Widerstand eines solchen Leiters höher und dementsprechend wird eine prozentual größere Wärmeleistung erforderlich. In diesem Fall ist bei 6,1 km Länge' ein Wechselstrom von 1.445 Ampere und 6.400 Volt zweckmäßig.
• Wird ein Aluminiumstableiter verwandt, dann kann dieser so ausgelegt sein, daß die Wechselstromwerte mit denen des 0000 Kupferdrahtes übereinstimmen. Ist dieser Leiter im Querschnitt kreisförmig, dann sollte sein Durchmesser 1,35 cm betragen. Der Querschnitt von 1,43 cm2 kann in geeigneter Form ausgeführt seine Wird ein runder -Aluminiumstab -von 1,9 cm Durchmesser verwandt, dann sollte bei 16,1 km Leitungslänge ein Strom von 1.800 Ampere und 5. 100 Volt benutzt werden. Ist der Durchmesser des Aluminiumstabes 2,54 cm, dann sind bei 16,1 km 2.070 Ampere und 4.450 Volt geeignet. Mit steigendem Durchmesser des Leiters verringert sich der Widerstand im Vergleich zu der leitenden Hautschicht eines 48-zölligen Stahlrohres.
• Entsprechend diesem Widerstand wird von zudem Leiter ein geringerer Teil der insgesamt benötigten Wärme erzeugt.
• Der mittlere Leiter kann ebenso aus Stahl bestehen, jedoch reduziert im Falle eines Leiters mit einem Durchmesser von mehr als ca 3,2 mm der Skin-Effekt den effektiven Leiterquerschnitt erheblich. In gleicher Weise besitzt ein Stahlrohr, dessen Wandung dicker als # , der Eindringtiefe, ist bzw. ca 1 mm beträgt, Stahlschichten, die nicht zur Leitung dienen. Zweckmäßig ist eineWanddicke von Ein Stahlrohr mit einem äußeren Durchmesser von 10,2 cm und einer Wanddicke von 1 mm mit einem Widerstand von 30 10 -6 Mikro-Ohm-cm kann verwandt wg den.
• Für eine 16,1 km lange Ölleitung ist ein Wechselstrom von 12.300 Volt und 750 Ampere zweckmäßig. Unter der Voraussetzung, daß sowohl der zentrale Leiter als auch die Rohrwandung aus dem gleichen Material bestehen und ihre stromleitende Schicht jeweils eine effektive Stärke von 1 mm beträgt, ist das Verhältnis der Wärmeerzeugung des Leiters zu der Wandung umgekehrt proportional zu dem äußeren Durchmesser des Leiters von 10.2 cm und dem inneren Durchmesser der Pipeline von 122 cm. Umgerechnet ergibt dies 12 Einheiten für den axialen Leiter und 1 Einheit für die Rohrleitung. Somit wird 1/13 . 175 Watt = 13,5 Watt pro 30 cm Leitung von dem Stahlrohr und 12/13 ' 175 Watt = 161,5 Watt pro 30 cm Leitung von dem axialen Stahl-Leiterrohr (äußere Durchmesser 10,2 cm, Wandstärke 1 mm) aufgebracht.
• Besitzt der mittig gelagerte Stahl-Rohrleiter einen äußeren Durchmesser von 5,1 cm und eine Wandstärke von 1 mm ( oder eine dickere Wandstärke) dann wird von der Stahl-Pipelinewandung 7 Watt und von dem axialen Stahlleiter 168 Watt erzeugt. Hierfür ist ein Wechselstrom von 0,322 Volt pro 5 on Leitunslänge bzw. 17.000 Volt / 16,1 km bei 540 Ampere notwendig.
• Die vorgenannten Ausführungsbeispiele zeigen einige Größenverhältnisse von Pipelines, die gleichzeitig als Heizrohr ausgebildet sind und über eine große Entfernung gehen.
• Ein,genereller Vorteil. ist dabei, daß infolge der direkten Wärmeabgabe der Pipelinewandung und des mittig angeordneten Leiters eine gleichmäßigere Wårmeverteilung möglich ist. Es ist weiterhin zu bemerken, daß insbesondere die Vorteile hinsichtlich der Ausführung und des Betriebes solcher Pipelines mit einem größen Wärmefluß ausnutzbar sind, ebenso kann diese.Ausgestaltung und das-Betreiben der Pipeline auch bei einem geringeren Wärmefluß vorteilhaft erfolgen.
• In der vorstehenden Ausführungsform wird, ebenso wie in den anderen Fällen, die Ölleitung abschnittsweise geerdet.
• Heizrohre als elektrische Heizer Ein Heizrohr kann nicht nur zum Beheizen eines Mediums in einer Pipeline benutzt werden, sondern auch für Flüssigkeiten in offenen Behältern t>der Gasen in einem offenen Raum. Im Vergleich zur Beheizung einer Öl-Fipeline kann ein wesentlich höherer Wärmefluß vermittels des inneren Skin-Effekt-Widerstandes eines erfindungsgemäßen Heizrohres erzeugt werden. Diese Wärme wird von der umgebenden Atmosphäre, einem umgebenden,dicht an dem Heizer anliegenden festen oder halbfesten Material abgeleitet, z.B. vom Beton oder Asphalt eines Straßenbelages, eines Fußweges, von Wänden Decken oder ähnlidiusw. Erfolgt die Wärmeabgabe an Luft oder an Gas, so kann die Wärmeablestung durch eine vergrößerte Oberfläche verbessert werden.
• In diesen, genauso wie in vielen anderen Anwendungsfällen der Heizrohre, ist eine sorgfältige Auslegung notwendig, insbesondere hinsichtlich der Leitergröße und damit des Widerstandes, der Stromleitungskapazität bei einem gegebenen Spannungsabfall, der mechanischen Durchgestaltung und besonders hinsichtlich der Ableitung der erzeugten Wärme.
• Bei der Auslegung ist ein wichtiger Faktor zu beachten, nämlich, daß im Gegensatz zu normalen Heizwiderständen, bei denen der Widerstand dem spezifischen Widerstand des Materials proportional ist, bei einem Heizrohr der vorgenannten Art der Widerstand lediglich der Qudratwurzel aus dem spezifischen Materialwiderstand proportional ist. Der Widerstand des Leiters wird stark vergrößert, da dieser lediglich in der äußeren Hautschicht leitet und der Rest des normalen Querschnittes nicht vom Strom durchflossen wird. Eine präzise Auslegung dieser Heizer ist nicht möglich, doch kann in üblicher Weise empirisch die elektrische Eingangsleistung mit der Wärmeableitung durch die Oberflächen zum Ausgleich gebracht werden.
• Infolge des großen Querschnittes des Widerstandes, d.h. der Oberfläche oder der Hautschicht, sogar wenn diese üblicherweise nicht 1,6-mm dick ist, wird in der Regel eine hohe Stromstärke bei einer geringen Spannung gewählt. Diese Erkenntnis ist insbesonders nützlich für die Auslegung vieler Heizer-Typen, einschließlich der Typen, die eine große Länge besitzen und bei denen übliche Spannungen für einen Spannungsabfall pro Längeneinheit sorgen, der bei einem Heizrohr mit einer von anderen Bedingungen abhängigen Größe brauchbar ist.
• Andere Methoden und Ausführungen erlauben höhere Widerstände und damit einen größeren Spannungsabfall, wodurch die Lange der Heizer reduziert wird, was ebenfalls mit dem höheren Wärmefluß gemäß der Erfindung erforderlich ist.
• Die Größe der Wärmeabgabe eines Heizrohres ist, abhängig von der Größe der Metallfläche,- die mit dem kälteren Medium oder dem festen Material, das die wärme aufnehmen soll, in Kontakt steht. Es können vergrößere Oberflächen, z. B. als integrierter Bestandteil des Stahl-Heisrohres, verwandt werden, die aus Stahl oder - in vielen Fällen aus einem anderen Metall beNehen. , Fig. 8a ist eine Seitenansicht und Fig. 8b eine Endansicht eines Heizrohres 2, das einen Standard-Typ mit vergrößerter Oberfläche darstellt. Eine spiralig bzw. schraubenförmig angeordnete Rippe 20 verläuft quer sur Strömungsrichtung und kann in einer der verschiedenen bekannten Weisen an dem Heizrohr befestigt sein. Einfache Scheibenringe oder eine andere bekannte Art zur Vergrößerung der Oberfläche -Dorne, Warzen, sternartige Aufsätze, Stacheln usw. -können in das Heizrohr selbst mit einbezogen werden, um, wie das in der Praxis üblich ist, die Wärmeableitung zu vergrößern. Die vergrößerten Oberflächen sind insbesondere dann zweckmäßig, wenn vermittels des Skin-Effektes in der inneren Hautschicht des Heizrohres eine große Wärmemenge erzeugt wird, die an Luft, ein anderes Gas oder eine strömende Flüssigkeit durch die äußere vergrößerte Oberfläche abgeleitet werden muß. Die Strömungsrichtung des Mediums oder der Flüssigkeit ist dabei rechtwinklig zu der Achse des Heizrohres und ist zu unterscheiden von der Strömungsrichtung eines Mediums, z.B. in einer Öl-Pipeline, die im wesentlichen parallel zu dem Heizrohr verläuft.
• Rohre mit vergrößerten Oberflächen wie das in Fig. 8 gezeigte werden für viele Beheizungszwecke eingesetzt und benutzen als Beheizungsmedium oftmals Dampf o.ä.
• der durch das Rohr selbst strömt. Dieser Dampf kondensiert, gibt seine Wärme an das Rohr ab, von wo sie über die Rippen an das umgebende Medium weitergeleitet wird. Dieses ist oftmals Luft, die das Heizrohr quer an strömt.
• In der praktischen Anwendung können -die gleichen Ausführu-ngen-der Radiatoren, Lufterhitzer usw.,die in konventioneller Weise vermittels Dampf beheizt werden, auch mit Heizrohren gebaut werden, wobei das Wärme aufnehmende Medium entweder in Konvektions- oder Zwangsströmung von außen den Erhitzer umströmt. Das Heizrohr 2 in Fig. 8 wird mit Wöchselstrom beaufschlagt, wobei ein axialer elektrischer Leiter den einen Teil des Wechselstromkreises bildet und der andere Teil infolge der magnetischen, induktiven Eigenschaften des durch den Leiter fließenden Wechselstromes durch die leitende Schicht des Rohres gegeben ist.
• Gegenüber den konrentionellen Ausführungen der Heizer mit einem inneren Heizmedium sollen zwei Unterschiede hervorgehoben werden: a) das Erfordernis von Anschlüssen für den Wechselstrom, wie vorstehend bebeschrieben, an einem oder mehreren Heizrohren, die gerade und parallel, gekrümmt oder in jeder anderen Aus-, führungsform vorliegen können; b) das Erfordernis, daß ;bei einem Heizrohr, welches infolge des Skin-Effektes einen höheren Wärmefluß gemäß der Erfindung besitzt, größere Rippen, Flossen o.ä. notwendig sind, damit die Wärmemenge besser abgeleitet werden kann.
• Die Wärmeleistung infolge des Skin-Effektes an der Innenseite der Heizrohre entspricht 200 oder sogar 300 bis 500 Watt / 30 cm gerader Rohrlänge. Damit ist ein elektrischer Heizer mit sehr hoher, gleichmaßiger Wärmeabgabe konstruierbar.
• Es hat sich herausgestellt, daß die unter Berücksichtigung des sogeannten "Rippen-Wirkungsgrades" ausgelegten Wärmeaustauscher zum Erwärmen von Luft oder anderen Gasen mit dem gleichen Wärmeleitungs koeffizienten für die Rippen arbeiten, als wenn die W'ärmeaustauscher mit einem inneren Heizmedium beschickt werden. Die Wärmeabgabe der Rippen ist unmittelbar aus der Beheizung eines Heizrohres infolge des Skin-Effektes berechenbar, wobei die gleichen Methoden und Formeln verwandt werden können, die bei einem zylindrischen Hohlrohr üblich sind, welche vermittels eines Beheizungsmediums auf die gleiche Temperatur gebracht worden ist.
• Fig. 8 zeigt in vereinfachter Darstellung das Heizrohr 2 mit einer vergrößerten Oberfläche 20, das z.B. B, als Lufterhitzer verwendet werden kann. Es wird beheizt, indem der elektrische Leiter 3 mit dem einen Pol (+) einer Wechselstromquelle verbunden wird. Der elektrische Leiter 3 ist mit einer Isolation 4 versehen und tritt auf der linken Seite in das Rohr ein und erstreckt sich durch dessen Mitte bis zur rechten Seite, wie dies mit einer punktierten Linie angegeben ist. Nahe dem rechten Ende ist dieser Leiter 3 an der Stelle 6 mit der inneren Oberfläche des Rohres verbunden. Der Wechselstrom fließt von hier entlang der inneren Haut der Rohrwandung zurück. Nahe dem linken Ende des Rohres, an der Stelle 16, ist ein Draht 13 befestigt, der mit dem anderen Pol (-) der Wechselstromquelle verbunden ist.
• Die Darstellung enthält kein Gehäuse oder Leitvorrichtungen, die normalerweise solch ein Heizrohr umgeben, um die wärmeaufnehmende Luft o.ä. zwangsweise oder. im Naturumlauf an dem Heizrohr vorbeizuführen. Solche Vorrichtungen sind für sich bekannt.
• Eine einfache Ausführung des Heizrohres mit vergrößerter~ Oberfläche kann weiterhin ohne umgebendes Gehäuse oder Leitvorrichtungen direkt als ein Raumerhitzer verwandt werden, z.B. entlang der Fußleiste eines Wohnraumes oder in Form eines U-förmig gebogenen Tauchsieders für Flüssigkeiten.
• Die vergrößerte Oberfläche 2, die vermittels des Wechselstromes und des Skin-Effekt-Widerstandes beheizt wird, gibt ihre Wärme an die umgebende Luft ab, die nach dem Erwärmen durch kühlere Luft ersetzt wird.
• Es stellt sich eine Konvektionsströmung ein. Diese vergrößert sich' entsprechend der zunehmenden Erwärmung der Rippenoberflächen bis sich ein Ausgleich zwischen der in der inneren Hautschicht des Rohres 2 erzeugten | Wärmemenge, der'Wärmeleitung zu den Rippen und der abgegebenen Wärmemenge an die umgebende'luft eingestellt hat.
• Bei der bereits beschriebenen Verwendung des'Heizrohres zusammen mit einer Öl-Pipeline ist ein relativ geringer Wårmebe-trag erforderlich, um das Medium auf einer Temperatur zu halten, die ausreichend über der Umgebungstemperatur liegt, z.3. um die Viskosität des Mediums zu verringern und auf einer Temperatur oberhalb seiner Erstarrungstemperatur zu halten, damit dieses besser in Rokrleitungen transportiert werden @ann. Mit dem größeren Wärmefluß, der infolge der EL-findung möglich ist, erschließen sich solch einem Meizrohr wesentlich umfa@greichere Anwendungsgebiete, so kann es z.B. anstelle eines konventionellen Zwei-Röhren-Wärmeaustauschers verwandt werden.
• Als ein Ausführungsbeispiel soll hier ein Typ erwähnt werden, der in Längsrichtung von einem Medium durchströmt werden kann. Das gesamte Heizrohr, das eine vergrößerte Oberfläche analog dem Heizrohr in @ig. @ besitzt, ist in einer Ummantelung angeordnet, aus der die beiden Enden des Heizrohes herausragen. Die Ummantelung ist mit einem Einlaßstutzen versehen, durch den das kalte Medium zugef@@rt wird und an dem gegenüberliegenden Ende mit einem Auslaßstutzen, durch den das erwärmte Medium die Heizvorrichtung wieder verläßt.Eei dieser einfac@en Ausführungsform , die z.@.
• sum Erwärmen von Wasser oder anderen Medien angewandt wird, kann anstelle eines einfachen elektrischen Drahtes as Axialleiter auch die Vorrichtung gemäß Fig. 6 verwandt werden.
• Ein in gleicher Weise einfach aufgebauter Erhitzer ist in -2ig. 9 und Fig. 9 a dargestellt. Er dient zum Erwärmen von Öl 8 oder einem anderen Medium, das den Wechselstrom nicht leitet, wie dies in dem Abschnitt "Heizrohre als Öl-Pipeline" näher beschrieben ist. Das e@zrohr 2 ist nunmehr die beheizte Ummantelung und nr, sofern gewünscht, thermisch isoliert sein.
• Weiterhin sind die Enden des Mantelrohres 2 verschlossowohl obwohl dies in Sig. 9 nicht dargestellt ist, da sich diese Figur speziell auf eine vorteilhafte Ausführungsform zum Öltransport bezieht.
• Wird die Heizvorrichtung als Raumerhitzer zura Erwärmen der Umgebungsluft verwandt, dann kann diese mit einer vergrößerten Oberfläche versehen werden. Die Wechselstromzuführung erfolgt über den elektrischen Draht 3, der gegen das ihn umgebende Material im Inneren des Heizrohres und gegen die auftretenden Betriebstemperaturen widerstandsfähig ist. Konstruktiv wird der Draht in das Heizrohr 2 durch eInen Stutzen 9 eingeführt. Dieser Stutzen besitzt eine spezielle Isolierung 44. Der elektrische raht durchläuft die Länge des Rohres 2 und ist mit dessen inneren Oberfläche nahe dem rechten Ende an der Stelle 6 elektrisch-leitend verbunden, Der Wechselstrom fließt dännan der inneren Oberfläche des Rohres 2 zurück und wird von einem anderen Draht -13 an der Stelle 7 abgeleitet.
• Auch dieser Draht 13 wird durch einen Stutzen aus dem Heizrohr herausgeführt und ist ebenso gegen diesen elektrisch' isoliert (14 und 44).
• Dieses Heizrohr, das in jeder gewünschten län-ge und in jeder gewünschten Form ausgeführt werden kann, kann an den Enden abgedichtet und mit Öl gefüllt sein. Das Öl befindet sich nicht in Bewegung Die Ölmenge sowie das Metall des Heizrohres speichern in gewisser Weise die Wärme, so daß dadurch ein Ausgleich des erzeugten, mitunter schwankenden Wärmeflußes gegeben ist Andere materialen als Öl sind ebenfalls verwendbar, z.B. Gase, @üssigkeiten oder feste Materialen, sofern sie nicht leitende Eigenschaften besitzen. Der elektrische Leiter kann aber ebenso isoliert sein und dann einfach auf den Boden des äußeren Rohres verlegt werden. Alternativ hierzu ist die Befestigung des Leiters in axialer Lage vermittels Abstandshalters 4 möglich . Diese Abstandshalter bestehen aus Polyäthylen oder einem anderen Isoliermaterial und sind an Ringen, die an der Innen seite der Rohrleitung angebracht sind, befestigt.
• Ein anderes Ausführungsbeispiel benutzt als Isolotion ein Oxyd eines Alkalimetalles, das an einer niedrigen Stelle innerhalb der Gruppe II A des per odischen Systems der Elemente steht. Zum Beispiel wird zwischen dem Draht und der Rohrwandung Mangnesia eingegeben und evtl. durch zusätzliches Walzen und Verengen des Rohres ein innerer Anpreßdruck erzeugt.
• Ein Ausführungsbeispiel entsprechend dem ig. i"i0' 9, jedoch wesentlich kürzer, kann insbesondere als ein Flüssigkeits-Erhitzer benutzt werden. In diesem Fall wäre der Erhitzer mit einem größeren Wärmefluß und offenen Enden zum Durchströmen der Flüssigkeit auszurùstene Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Heizrohres mit einem hohen Wärmefluß zeigt -Fig. 10.
• Dabei stellt Fig. 10 a einen Querschnitt durch die Vorrrichtung entlang der Linie A - A in Fig. 10 b dar und Fig. 10 b einen Längsschnitt entlang der Linie B-B in Fig. 10 a. Das Stahl-Heizrohr 2 besitzt eine Anzahl in Längsrichtung angeordneter Rippen 20 Diese sind in dem Rohr in Nuten angeordnet und vermittels Schweißen oder anderer bei kannter Methoden mit dem Rohr verbunden. Somit bilden die Rippen einen integrierten Bestandteil des Rohres. Das Heizrohr wird in ein Mantelrohr 1 eingeschoben, wobei zwischen den Rippenaußenkanten und der Innenseite des Mantelrohres gar keiner oder ein geringer Abstand vorhanden ist. Im Inneren des Man teil rohres strömt das aufzuheizende- Medium. Die Anwendung der Heizvorrichtung gemäß Big. 10 ist als Lufterhitzer; Ölerhitzer oder zum Erwärmen anderer Medien, die elektrisch nicht leitfähig sind, möglich. Andere Ausfahrungsbeispiele erlauben das Beheizen von elektrisch leitenden Medien.
• In dem dargetellten Beispiel soll Luft erwärmt werden.
• Das dargetellte Heizrohr kann desweiteren auch in axialer Richtung in einer Öl-Pipeline angeordnet sein, wobei drei oder vier einzelne, konzentrische Draghalterungen - nicht dargestellt - das Rohr in Position halten.
• Die von den Traghalterungen berührte Fläche des Heizrohres soll möglich st weniger als 1 oder oder Gesamtfläche betragen. Die Funktion der Halterungen ist mit der Funktion des kugelförmigen Isoliermaterials 7 zu vergleichen. Fig. 10 a und 10 b zeigen ein He-zrohr 2, das eine große Anzahl in Längsrichtung angeordneter @ippen 20 besitzt. Diese Rippen erstrecken sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Heizrohres und dienen dazu, die infolge des Skin-Effekt-Widerstandes entstehende hohe Wärmemenge an ein Medium, das zwischen der Ummantelung un?i dem Heizrohr hindurch strömt, abzugeben. In diesem Anwendungsfall ist das Verhaltnlis des inneren Durchmessers des Heizrohres zu dem inneren Durchmesser der Ummantelung in der Größenordnung 1 : 5 bis 3 : 3. Werden mehr als ein Heizrohr in einer Ummantelung angeordent, dann kann die Summe ihrer inneren Durchmesser im Verhältnis zu dem Durchmesser der Ummantelung 5 : 5 oder mehr betragen. Ein Heizrohr besitzt einen relativ geringen inneren Dure;-besser - bzw. eine relativ geringe Summe innerer Durchmesser, wenn mehr als ein Heizrohr vorhanden sind - wenn e an einer Öl-Pipeline befestigt ist. Die Verhältnisse betragen 1 : 10 bis 1 : 3O, und somit ist der Wär£c£luß pro Längeneinheit gering.
• Die beiden koaxial angeordneten Heizrohre in Fig. 10 sind im Prinzip mit denen in Fig. 6 zu vergleichen.
• Das innere Heizrohr 3 leitet den Wechselstrom von links nach rechts und besitzt in diesem Fall nach innen weisende Oberflächenrippen 30. Der Skin-Effekt des inneren Rohres erfolgt auf seiner äußeren Oberfläche ,, und zwar dem Wechselstromfluß in dem äußeren Rohr zugewandt. Das innere Rohr 3 kann mit einer Isolierschicht umgeben sein, um ein Kurzschließen mit dem äußeren Rohr zu verhindern. Eine andere Möglichkeit besteht darin, zwischen beiden Rohren ein Luftspalt zu belassen, durchdie zusätzlich zu erwärmende Luft hindruchströ"men kann.
• Keramische oder andere isolierende Abstandshalter, z. B.
• die festen Kugelkörperchen 7, halten, die beiden Rohe In einem Abstand zueinander. Der Wechselstrom, der das rechte Ende des inneren Leiters erreicht, wird nun auf das äußere Heizrohr übergeleitet, und zwar in zweckmäßiger Weise durch die kugelförmigen Abstandshalter 6, die an dieser Stelle leitend ausgeführt sind.
• In den Figuren 10 a und 10 b wird das Heizrohr axial von dem zu beheizenden Medium, z.B. Luft, durchströmt. Die z.B. in den linken Stutzen 8 einströmerde Luft berührt die äußeren Rippen 20 des Heizrohres 2,die inneren Rippen 30 des Heizrohres 3, und ebenso die beiden infolge des Skin-Effektes leitenden Oberflächenschichten, d.h. die innere Oberfläche des Rohres 2 und die äußere Oberfläche des Rohres 3. Auf diese Weise ist ein weitgehende Ausnutzung der Oberflächen erreicht. Besitzt die Ummantelung getrennte Einläße, zum einen für die Durchströmung entlang der Innenseite der Ummantelung und zum anderen für die Durchströmung des inneren Heizrohres, dann ist es nicht notwendig, daß der Spalt zwischen den beiden koaxial angeordneten Rohren mit dem strömend'en Medium beaufschlagt wird, sofern die Gefahr eines Kurzschlußes zwischen diesen beiden Wechselstromleitern besteht. Bei dieser Ausführung können auch zwei voneinander verschiedene Medien erwärmt werden.
• Im Gegensatz zu dem in Fig. 1G dargestellten Erhitzer, der lediglich ein Paar koaxialer Heizrohre besitzt, kann auch ein Erhitzer verwandt werden, der mehrere solcher Rohrpaarungen gebündelt in einer Ummantelung besitzt. Dabei können die äußeren Rippen benachbarter Heizrohre ineinandergreifen, so daß dadurch eine maximale Oberfläche für eine relativ hohe Wärmeabgabe pro Längeneinheit geschaffen wird.
• In allen Fällen kann die Strömung von rechts nach links oder umgekehrt zwischen den Einläßen 8 und 9 erfolgen.
• Der Erhitzer gemäß Fig. 10 besitzt eine gewisse ahnlichkeit mit einem Wärmeaustauscher in Standard-Ausführung mit der Ausnahme, daß durch alle Strömungsquerschnitt, ebenso wie in dem Spalt zwischen den beide Heizrohren, das gleiche Medium strömt. Vermittels des echselstremÕ in den Hautschichten der beiden Rohre wird über die gesamte Länge eine gleichmäßige Wärme zugeführt. Die zusätzlichen Oberflächen der Rippen 20 und 30 und ihr Wirkungsgrad können nach den bekannten Methoden und Gleichungen berechnet werden, die üblich sind, wenn die Wärmeleistung von einem im inneren der Rohre strömenden heißen Medium erbracht wird. Wiederum ist das Verhältnis der wärmeabgebenden Fläche zu der wärmeaufnehmenden Fläche, d.h. der Skin-Effekt-Oberfläche größer als bei dampfbeheizten Rohren, und zwar aufgrund der vermittels des Skin-Effektes erzeugten größeren. Wärmemenge und der zum Ableiten dieser Wärme stark vergrößerten Oberfläche.
• Wärmeaustauscher, die sich eines Heizrohresmit einem inneren elektrischen Leiter oder mit zwei koaxial angeordneten Heizrohren gemäß Fig. 10 bedienen, können zum Beheizen von Gasen oder Flüssigkeiten verwandt werden. Dabai ist zu beachten, daß bei der Beheizung eines Gases, z.B. Zuft, die Wärmeabgebende Oberfläche stark vergrößert ist, da die Gase eine geringe volumetrische Wärmekapazität besitzen und der Wärmeleitkoeffezient von Gasen gering ist.
• sowohl für Slüssigkeiten als auch für Gase können diese Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand normaler Berechnungsmethoden ausgelegt werden.
• Der elektrische Draht 3, der durch die spezielle Isolierung 4 hindurchgeführt ist, verbindet die äußere Oberfläche des inneren Leiters 3 mit dem einen Pol (+) der Wechsel stromquelle. Die innere Oberfläche des Heizrohres 2 ist vermittels des Drahtes 13, der wiederum durch eine spezielle Isolierung 14 hindurchgeführt ist, mit den anderen Pol (-) der Wechselstromquelle verbunden.
• Verringerung der vom Skin-Effekt betroffenen Querschnittsfläche Die Figuren 11 und 12 demonstrieren die Verwendung ähnlicher, vergrößerter Oberflächen wie in Fig. 8 und 10 für den Skin-Effekt, obwohl diese vergrößerten Oberflächen gleichzeitig auch für die Wärmeableitung Vorteile bieten.
• Fig. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines mittig @ngeordneten Le'-c''rs 3, der z. B. anstelle des Leiters 3 in Fig. 10 gesetzt werden kann. Gegenüber dem letzteren Leiter besitzt dieser jedoch einen sehr viel höheren elektrischen Widerstand, da der infolge des Skin-Effektes allein leitende Querschnitt wesentlich verringert wurde. Der Skin-Effekt @@ @em elf wischen Leiter 3 ist abhängig von der hähe des umgebenden Rohres das jedoch in Fig. 11 nicht dargestellt ist, jedoch mit dem Rohr 2 in Fig. 10 o vergleichen werden kann. Die innere Oberfläche solch eines Rohres ist durch die gebrochene Kreislinie 2 angedeutet.
• Ist der Abstand der äußeren Rippen 30 des Rohres 3 größer als ca 2.f (zweimal die Eindringtiefe # des Skin-Effektes) und ist die Tiefe der Kerben zwischen den Rippen größer als ca 2 # , dann kann das magnetische Feld die tiefergelegenen Schichten nicht mehr beeinflußen. Somit kann die eleRtrische Leitung im wesentlichen nur entlang der nach außen weisenden Kanten der Rippen 30 erfolgen.
• (2ür viele Stahlsorten ist Cr mit ungefähr 1 mm ermittelt worden). Die nach außen weisende Fläche der Rippen beträgt lediglich einen geringen Teil der Gesamtquerschnittsfläohe des Leiters und dementsprec-hend wird der Widerstand stark vergrößert.
• Der gleiche Effekt kann auch in umgekehrter Weise ausgenutzt werden. Das Heizrohr kann einen Querschnitt der Form-besitzen, die dem Rohr 3 des inneren Leiters in Fig. 10 b entspricht, und nach innen weisende Rippen besitzt. In seiner Mittelachse verläuft ein isolierter elektrischer Draht 33, der in Fig. 10 a punktiert eingezeichnet ist. Die Darstellung erfolgte deshalb punktiert, da dieser Draht nicht zu dem Ausführ ungsbeispiel gemäß Fig. 10 gehört. In dem nunmehr betrachteten Ball ist die effektiv,leitende Schicht der inneren Oberfläche reduziert und zwar entsprechend der Eindringtiefe des magnetischen Feldes, ausgehend von den innen gelegenen Kanten. Das Verhältnis der Flächenquerschnitte der vergrößerten Oberfläche und des Rohres ist geeignet, die erzeugte Wärme hinweg und abzuleiten.
• Fig. 12 zeigt ein anderes, ähnliches Ausführungsbeispiel eines inneren Leiters, der eine äußere Oberfläche in Form der Schraubengangwindungen einer Schraube besitzt.
• Wiederum ist das den Leiter umgebene Heizrohr nicht dargestellt, jedoch durch die gebrochene Linie 2 angedeutet.
• Wenn der Abstand der Schraubengänge nicht ihre Tiefe übersteigt, die wiederum nicht weniger als das Doppelte der Eindringtiefe zur betragen soll, dann ist die effektiv;leitende Schicht lediglich die Umfangsfläche des Schraubenganges. Der Wechselstrom wird dann der äußeren Umfangsfläche des Schrubenganges folgen und damit einen sehr viel längeren Weg als es der axialen Länge der Schraube entspricht zurücklegen.
• Es können natürlich auch andere Schraubengangtypen als die in Fig. 12 dargetellte verwandt werden, z.3.
• eine solche gemäß Fig. 8 a, jedoch ist die Abschätzung der Abschirmungsfaktoren und die Berechnung der effektiven Dicke > der leitenden Hautschicht sehr viel schwieriger durchauführen. Grundsätzlich können jedoch auch alle anderen geometrischen Formen verwandt werden die den effektiven leitenden Querschnitt entweder des Heizungsrohres oder des inneren Leiters in vorteilhafter Weise verringern.
• Kessel, Tanks, andere Anwendungsgebiete der Heizrohre Während in Fig. 7 speziell eine Öl-Pipeline dargestellt ist,kann eine ähnliche Ausführung mit eine geringeren Abstand des Heizrohres, das aus einem 1/2 bis 4-zölii6en Eisenrohr gefertigt ist, mit einer wesentlich größeren Wärmeleistung pro Längeneinheit beaufschlagt werden. In diesem Fall kann ein Tank, Kessel oder Prozeßreaktor als ein in einfacher Weise verkürzter Ölleitungsrohr angesehen werden, das von einem spiral-gewickelten Heizungsrohr mit eng aneinanderliegenden Windungen umgeben ist. Solch ein Behälter ist für eine wesentlich größere Wärmeleistung ausgelegt als die Ölleitung eines Transportsystems. Der Behalter kann horizontal oder vertikal angeordnet sein und eine konventionelle orm besitzen, und es können die Heizschlangen ebenfalls spiralförmig auf den abgeflachten i'eilen, der Decke oder den Boden oder anderen Konturteilen, angeordnet sein. In gleicher Weise können ' Destillations-oder Prozeßkolonnen bis auf eine gewünschte Temperatur unterhalb ca 204° C beheist werden Das schraubenförmige Heizrohr gemäß Fig. 7 kann zum Beheizen von Kesseln oder Tanks benutzt werden. Zum Beispiel können bei einem Kessel die einzelnen Elemente mit parallel, zu ihre-r Achse verlaufenden Heizrohren versehen werden. In- jedem Fall ermöglichen die bevorzugten Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 1 - 6 eine hohen Wärmefluß, zum Betrieb solcher Kessel notwendig ist. Der elektrische Leiter ist immer entlang der Mittelachse der Heizrohre angeordnet.
• Die Kessel bzw0 Behälter selbst Können aus STahl oder einem anderen Metall gefertigt sein oder aus Stahl mit einem Glasüberzug oder aber glasfaserverstärktem Kunststoff bestehen.- In vielen Anwendungsfällen ist es wünschenswert, ein Stück Metalls z.B. Stahl, in seiner gesamten Oberfläche zu erhitzen, um so ein anderes Material, as sicf, mit dieser Oberfläche in Kontakt befindet, zu erwärmen.
• Dies kann vermittels eines oder mehreren Heizrohre vorgenommen werden, die an beiden Seiten elektrische Anschlü, se besitzen die an Stellen im Rohrinneren befestigt sind.
• Entsprechend den Figuren 1 - 6 können auch hier wieder die verschiedesten Arten der Befestigung oder des Einbaues der Heizr@hre als integrierter Bestandteil des Metall bleches vorgenomen werden , uln in gewünschter Weise den Wärmefluß zu erhöhen und die Gesamtkonstruktion zu verbilligen.
• Das Metallbiech kann als Wandung eines Rohres mit unendlichem Radius konzipiert sein und kann z. B. genau ie gleiche Konstruktion besitzen wie folgt.
• Es ist gezeigt worden, daß der Wechselstrom veranlaßt werden kann, dem Weg eines spiral- oder vor-undzurück-verlegten Heizrohres zu folgen und zwar auch dann, wenn dieser Weg sehr viel länger ist als die kürzeste, gerade Verbindung zwischen seinem Eintritts-und Austrittspunkt. Während dieses System insbesondere mit den hohen Wärmeflüssen gemäß der Erfindung anwendbar ist, kann natürlich auch die Anwendung mit einem geringeren Wärmefluß von Vorteil sein.
• Das Metallbiech kann in einem Behälter vor oder nach dem Anbringen der Heizrohre eingebaut werden, wobei die elektrischen Leiter durch die Heizrohre geführt sind, die in geeigneter.Weise geformt sind, eb-enso wie jede geeignete Form des Metallbleches möglich ist. Wird eine gewünschte Ausführungsform eines Heizrohres an einer ebenen, geformten oder gekrümmten Oberfläche angebracht, dan sind entsprechend pro Oberflächeneinheit unterschiedliche Wärmeleistungen erhältlich, wie sie für die verschiedenen Anwend ungsfälle wünschenswert sind.
• Bei anderen Ausführungsbeispielen kann für das Metallblech Stahl oder eine andere Materialqualität verwandt werden, die den Skin-Effekt beachtlich verstärken, wobei an diesem Metallblechen Heizrohre in einer der gewünschten Ausführungsformen gemäß Fig. 1 - 6 angebracht sind. Es können diese Heizrohre ebenso einen integrierten Bestandteil der MetalLbleche aus Stahl o.ä. sein, um so die Wärmel-eitung zu den-benachbarten Materialschichten zu verbessern.
• Die Anwendung der Heizrohre ist generell auch direkt in Materialen möglich,-die sich im flüssigen oder halbflüssigen Zustand befinden, wobei diese Materialen vorher fest um das Heizrohr herumgelegt worden sind. Diese Materialen sind z.B. Beton im angemischten Zustand, oder Asphalt im noch heißen, halbflüssigen Zustand. Nach dem Verfestigen des Materials befinden sich die Heizrohre in eingebet-tetem Zustand, wobei das Material die Wärmeleitung übernimmt, um z.B. Straßen, Gehwege,Wandflächen, Fußböden usw. zu erwärmen.
• Heizrohre mit unterschiedlichen inneren Umhängen Das Heizrohr kann in den meisten Fällen aus einem normalen Stahlrohr gefertigt werden. Es kann auch andere als kreisförmige Querschnitte besitzen. Der Leitungswiderstand und damit die Wärmeerzeugung kann als vom effektiven inneren Umfang abhängig angesehen werden, wenn die Dicke des Stahles mehr als ca 0,6 - 2,5 mm beträgt.
• In den meisten Anwendungsfällen wird das Heizrohr über seine gesamte Länge einen gleichmäßigen Querschnitt aufweisen. Es kann in Zement, Mörtel, Asphalt oder Bitumen verlegt werden, und zum Beheizen oder enteisen von Fußböden, Fundamenten, Wänden, Gehwegen, Straßen, Luftlandeplätzen, Brdmassen usw. benutzt werden und zwar indem es direkt in diesen Materialen eingebettet wird und in der Regel elektrJsch als Teil der "Erde" betrachtet wird. Wird das noch plastische Bitumen oder der Zement vollständig um das Heizrohr gelegt, da es sich noch in einem formbaren Zustand befindet, dann ist das so entstandene System in der Lage, den hohen Wärmefluß bei der erfindungsgemaßen Vorrichtung wirksam auszunutzen.
• Oftmals ist es wünschenswert, für Teilabschnitte des gleichen Heizrohres unterschiedliche Leitungswiderstände und- damit unterschiedliche Wärmeleistungen vorzusehen. Dies ist z.B. bei dem Heizrohr gemäß Fig. 13 der Fall. Dieses Heizrohr besitzt e-inen gleichbleibenden äußeren Durchmesser, aber in den Abschnitten 7, 8 und 9 verschiedene innere Durchmesser, wodurch unterschiedliche Leitungswiderstände gegeben sind. Jeder dieser Abschnitte kann im Verhältnis zum äußeren Durchmesser sehr lang bemessen werden. Der Abschnitt 9, der den größten inneren Durchmesser besitzt, weist gleichzeitig pro Längeneinheit den geringsten Leitungswiderstand beim Vorliegen des Skin-Effektes auf und wird dementsprechend auch die geringste Wärmeleitung pro Längeneinheit erbringen. Aus dem'gleichen Grunde erzeugen die Abschnitte, 8 und 9 eine größere Wärmemenge pro Längeneinheit, wobei natürlich Abschnitt 7 infolge seines geringsten inneren Durchmessers die größte Wärmeleistung besitzt.
• Wie auch in anderen Anwendungsbeispielen verläuft der isolierte elektrische Draht 3, der mit dem einem Pol einer Wechselstromquelle verbunden ist, durch die gesamte Länge des Heizrohres hindurch. Er ist wieder naha dem rechten Ende an der Stelle 6 mit der inneren Oberfläche des Rohres verbunden. Ein weiterer Draht 13 ist an der Stelle 5 an dem linken Ende des Rohres mit diesem und mit dem anderen Pol der Wechselstromquelle verbunden. Obwohl beide Verbindungen 5 und 6- in der Regel an der inneren Oberfläche der Rohrwandungen vorgenommen sind, sind natürlich auch Befestigungspunkte an der äußeren Oberfläche des Rohres oder in der .rand selbst denkbar. Bei einer derartigen Befestigung ist in einem kleinen lokalen Bereich ein lebender Wechselstrom vorhanden, der isoliert werden wuß, der Jedoch eine in einem Abstand von wenigen Zentimetern vorgenommene Erdung nicht beeinträchtigt.
• Solch ein Heizrohr mit unterschiedlichen inneren Durchmessern kann z.B. an einer Öl-Pipeline in solchen Zonen verwandt werden, in denen höhere oder tiefere Umgebungstemperaturen vorliegen oder in solchen Zonen, in denen höhere Wärmeverluste z.B. duch Verlegung im Erdreich oder im Wasser usw. auftreten. Wird durch alle Absc.hnitte ein g@ eich starker Wechselstrom geleitet, dann wird das Heizrohr am besten so verlegt, daß der Abschnitt mit dem größten Leitungswiderstand in der Zone des größten Wärmebedarfs zu liegen kommt.
• Der äußere Durchmesser des Heizrohres ist von keinem entscheidenen Einfluß, sofern die Wandstärke größer als 2 . # ist, d.h. der Eindringtiefe der Induzierung und der magnetischen Effekte. Für die meisten Qualitäten des Flußstahles wurde # ungefähr mit 1 mm ermittelt.
• Bei der vorliegenden Verwendung des Heizrohres in Zonen unterschiedlicher Wärmeverluste wird der äußere Durchmesser konstant gehalten (Vergleiche Fig. 13) Es werden Stahlrohre der S.tandard-Größe mit dem gleichen äußeren Durchmesser, jedoch mit verschiedenen Wand kein benutzt. Der Skin-Effekt wird in der inneren Umfangsfläche hervorgerufen und es ergibt sich somit ein größerer elektrischer Widerstand für das Rohr mit der größten Wandstärke und dem größten Materialquerschnitt.
• Dies kann im'Ver'gleich mit den Abmessungen verschieden schwerer 3/4-zölliger Stahlrohre in der .US-Standard-Auführung gezeigt werden. Die folgenden Tabelle enthält Heizrohre mit ausreichender Wanddicke.und nennt deren wichtiste Abmessungen, wobei die Rohre nach ihren Gewicht geordnet sind. Weiterhin sind die Daten gekennz,eichnet, -die die Festigkeit, den Strömungsquerschnitt (wenn als Pipeline benutzt oder ähnlich), den normalen elektrischen Widerstand und den Widerstand bei Vorhandensein des Skin-Effektes infolge eines inneren Leitersangeben.
• Abmessungen von 3/4-zölligen Rohren in US-Standardausführungen Schedule äußerer Wand- innerer Querschnittsflächen- inner Um-No Durchmesser dicke Durchmesser Durchströmung | Material fang (m m) (m m) (m m) (cm2) (cm2) (cm) 40 S 26,6 2,9 20,9 3,44 2,15 6,57 80 S 26,6 3,9 18,8 2,79 2,80 5,91 160 26,6 5,6 15,5 1,90 3,70 4,87 XX 26,6 7,8 11,0 0,96 4,63 3,46 Verhältnis 40 S/XX 1,90 3,6 0,463 1,9 Bruchfestig- Strömungsquer- normaler elektrischer keit schnitt elektr. Leitungsquer-Leitungs- schnitt beim quer- Vorliegen des schnitt Skin-Effektes Das Rohr mit dem größten inneren Durchmesser und der geringsten Wandstärke besitzt im.Vergleich zu einem Rohr mit einem geringeren inneren Durchmesser und der größten Wandstärke:'a)einen sehr viel größeren Durchströmungsquerschnitt (3,6 x so groß) b) einen sehr viel kleineren normalen elektrischen Leitungsquerschnitt (Verhältnisfaktor 0,463) und damit einen größeren elektrischen Widerstand (1 : 0,463 = 2,16 x so groß) c) einen sehr viel größeren inneren Umfang (1,9 x so groß), und, da in dieser Umfangs schicht beim Vorhandensein eines inneren Leiters infolge des Skin-Effektes der Wechsel@ strom geleitet wird, einen entsprechend kleineren Leitungswiderstand (Verkleinungsfaktor 1 : i,9 = 0,526).
• Auch hier muß wieder bemekrt werden, daß die Vorteile bei der Verwendung von Heizrohren mit unterschiedlichen, effektiven Widerständen und damit unterschiedlichen Wärmeleistungen pro Längeneinheit nicht auf solche Heizrohre beschränkt sind, die den gemäß der Erfindung möglichen größen Wärmefluß ausnutzen, sondern auch bei Heizrohren gegeben sind, die einen geringeren Wärmefluß, z.B. in der Größenordnung der bisher üblichen Art, besitzen.
• Paarweise Verwendung von Heizrohren bei großen Leitungslängen Fig. 14 veranschaulicht eine Öl-Pipeline sehr großer Länge, die mit Heizrohren ausgerüstet ist, wobei es wünschenswert ist, daß die elektrischen Speisestationen entlang der Pipeline auf eine Minimum reduziert werden. Es wurde herausgefunden, daß eine geeignete bzw. wirtschaftliche Heizrohrlänge zwischen 24 und 80 km liegt, und zwar ab..-ngig von den verschiedenen Bedingungen der jeweiligen Installationsart. Bei sehr großen Leitungslängen muß jedoch in Abständen eine "Verstärker-"Station angeordnet sein, wobei üblicherweise die Abstände der Länge eine; Heizrohres entsprechen.
• Es ist jedoch möglich, bei einer elektriic:-c-Installation gemäß Fig. 14, daß die Verstärkerstationen voneinander einen Abstand besitzen, der doppelt so groß ist wie die wirtschaftlich zulässige, maxiale Länge des Heizrohres. An einer lange Öl-Pipeline 1 sind ein Paar Heizrohre 2" und 2'l' angebracht, di£ sich ausgehend von einer Speisestation in entgegengesetzter Richtung entlang der Pipeline erstrecken. Die beiden elektrischen Leiter im Inneren der Heizrohre 2" und 2 "' erstrecken sich in entgegengesetzter Richtung und sind jeder an einem Pol (-) einer Wechselstromquelle angeschlossen, während der andere Pol (+) vermittels Rückleitungen mit den nahegelegenen Enden der Heizrohre verbunden ist, d.h. üblicherweise jedoch nicht notwendigerweise mit einem Punkt auf der inneren Oberfläche der Heizrohre.
• In gleicher Weise befindet sich eine andere Verstärkerstation (nicht dargestellt) weiter links,die mit einem weiteren Paar Heizrohre verbunden ist. Eines dieser Heizrohre ist das Rohr 2'. Die Enden der Heizrohre 2' und 2" näheren sich gegenseitig. Normal-erweise ist es nicht notwendig, die Abschnitte der Pipeline an dieser Stelle voneinander elektrisch zu isolieren. Alle Heizrohrlängen sind geerdet. Von den sich endseitig gegenüberllegenden Heizrohren 2''' und 2"" gehört das Heizrohr 2"" zu einem Heizrohrpaar, welches von einer weiter rechts gelegenen Station gespeist wird.
• Die optimale Länge eines Heizrohres ist durch die speziellen En'twurfs- und Ausführungsbedingugen festgelegt. Werden die Heizrohre gemäß Fig. 14 so verlegt, daß sie abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen weisen, dann sind lediglich halb so viele elektrische Anschlußstellen notwendig, als wenn-sie, wie üblich, in nur einer Richtung weisend verlegt werden. Bei langen Pipelines werden die Verstärkerstationen in der Regel zusamme @ mit den Pumpstationen, z.B. für das Öl, installiert, da hier auch ein Wechselstromerzeuger vorhanden ist.' Der größte Wärmebedarf einer Pipeline besteht beim Anfahren nach einer, Betriebsstillegung, da das Öl in der Leitung kalt ist. Sofern in jeder Station Speichertanks vorhanden sind, wird zweckmäßigerweise wie folgt vorgegangen. Die Öl-Pipeline, die sich stromabwärts befindet, wird mit der vollen Wechselstromleistung des Stromerzeugers beaufschlagt. Kann ein einzelnes Heizrohr die erhöhte Wechsel stromleistung nicht aufnehmen, dann ist es sinnvoll, ein zweites Heizrohr entlang der Pipeline vorzusehen, so daß während des Anfahrvorganges das Doppelte der normalen Wärmemenge erzeugt werden kann. (Dieses zweite Heizrohr kann ebenso als Reserverohr für den Fall eines Defektwerdens des ersteren installiert sein.) Nachdem der stromabwärts gelegene Teil der Pipeline beheizt worden ist, wird das Öl in den Speichertank.gepumpt.
• Sodann wird der stromaufwärts gelegene Teil der Pipeline beheizt ,und zwar wiederum mit voller zur Verfügung stehender Wechselstromleistung. Während dieser Zeit wird der danach folgende Abschnitt durch die nächstfolgende Speisestation beheizt. In dieser Weise kann die gesamte Pipeline stufenweise angefahren werden.
• -Patentansprüche-

Claims (56)

1. P a t e n t a nche: 1. Heizvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß a) ein Wechselstromkre,is in einem Heizrohr einen-Wärme'fluß von über 100 Watt / 30 cm gerader Heizrohrlänge erzeugt, b) die eine Hälfte des Wechselstromkreises durch einen ersten elektrischen Leiter gegeben ist, der mit einem ersten Pol einer Wechselstromquelle nahe einem er'sten Ende des Heizrohres verbunden ist; c) der erste elektrische Leiter im Inneren des Heizrohres verläuft, gegen dieses isoliert ist und ein elektromagentisches Feld erzeugt, und in einem Punkt nahe dem Heizrohrende, das von dem ersten Ende am weitesten e'ntfernt ist, mit dem Heizrohr elektrisch verbunden ist; d)- das Heizrohr in einem Punkt nahe dem ersten Heizrohrende mit einem zweiten Pol der Wechselstromquelle verbunden ist und dementsprechend als Leiter für die zweite Hälfte des- Wechselstromkrei ses dient, die mit dem ersten Leiter in Serie geschaltet ist; e) das elektrmagnetische Peld mindestens die innere Oberfläche des Heizrohres umfaßt und auf der innerrn Oberfläche einen Effekt hervorruft, durch den der Wechselstrom lediglich in einer geringen Tiefe, in einer Hautschicht der inneren Oberfläche fließt; f) die Hautschicht der inneren Oberfläche des Heizrohres, durch die der gesamte die zweite Hälfte des Stromkreises durchfließende Stroh geht, dementsprechend einen höheren Wechselstromleitungswiderstand als es dem normalen elektrischen Widerstand des Heizrohres entspricht besitzt; und g) dieser hohe Widerstand der inneren Oberfläche des Heizrohres und der Widerstand des in Serie geschalteten elektrischen Leiters infolge des Wechselstromflussden Wärmefluß zum Beheizen von dem Heizrohr benachbarter Materialen erzeugen.
2. 2. Vorrichtung nach Ans rauch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche des ,Heizrohres a) sich in engem Kontakt mit der äußeren oberflache einer Ölleitung befindet; b) Wärme an die Ölleitung und deren Inhalt abgibt; c) mit der Oberfläche der Ölleitung einen Kontakt winkel von mindestens 900 bildet.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizrohr eine longitudinale, konkave Oberfläche mit einem Krümmungsradius, der nicht größer als der Krümmungsradius der äußeren Ölleitungswand ist, besitzt.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, -daß sowohl die Ölleitung als auch das Heizrohr in Längsrichtung verlaufende, nahezu flache Oberflächenstreifen besitzen, die aneinanderliegend angeordnet sind.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß: a) die innere Oberfläche des Heizrohres zum Teil von der äußeren Oberfläche der Ölleitung und zum Teil von der inneren Oberfläche eines Stahlbandes gebildet wird, daß den vorgenannten Teil de äußeren Oberfläche der Ableitung überspannt; b) das Stahlband in Form einer konkaven Mulde ausgebildet ist, deren Erümmungsradius im wesentlichen geringer ist als der Krümmungsradius der normalen äußeren Oberfläche der Ableitung; c) -die in Längsrichtung verlaufenden Kanten der konkaven Mulde fest mit der Oberfläche der Ölleitung verbunden sind; und d) das Heizrohr die-Ölleitung und deren Inhalt beheizt.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5r dadurch gekennzeichnet daß die in Längsrichtung verlaufenden Känten der konkaven Mulde mit der Oberfläche der Ölleitung verschweißt sind.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Oberfläche der Ölleit ung, die sich zwischen den beiden in Längsrichtung verlaufenden Befestigungskanten befindet, in Längsrichtung' abgeflacht ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß: a) die innere Oberfläche des Heizrohres zum Teil aus der äußeren Ölleitungsoberfläche, die sich zwischen den beiden Befestigungskanten befindet, und aus der inneren Oberfläche des Stahlbandes, das die äußere Ölleitungsoberfläche zwischen den beiden Befestigungskanten abdeckt, besteht; b) zumindest ein Teil der äußeren Ölleitungsoberfläclie zwischen den beiden Befestigungskanten derart geformt ist, daß eine in Längsrichtung verlaufende Auskehlung gegeben ist, deren Größe zumindest teilweise dem ersten elektrischen Leiter angepaßt ist; c) die in Längsrichtung verlaufenden Befestigungskanten des Stahlbandes in gutem und festen Kontakt mit der Ölleitung stehen; und d) das Heizrohr die Ölleitung und deren Inhalt beheizt.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 2 ,dadurch gekennzeichnent,daß die Ölleitung mit zwei Kanälen ausgebildet ist, wobei der eine Kanal als Heizrohr und der andere Kanal zum Transport eines zu beheizenden Mediums vorgesehen ist.
10. -10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizrohr: a) ein integrierter Bestandteil der Leitungswan,iung eine durch Zusammenschweißen von einem oder mehreren Blechstreifen gefertigten Leitungsrohres ist, in dem'das Heizrohr zwischen zwei zu verschweißende Blechstreifenkanten. angeschweißt ist; b) das Leitungsrohr und dessen Inhalt beheizt.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Heizrohre in ein- und demselben Leitungsrohrábschnitt angeordnet sind, wobei jedes Heizrohr zwischen, zwei Blechstreifenkanten eingeschweißt ist.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizrohr so zwischen zwei Blechstreifenkanten eingeschweißt ist, daß mindestens ein Teil seiner äußeren Oberfläche in das Leitungsrohr hineinragt und in Kontakt mit dem strömenden Medium in dem Leitungsrohr steht.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet.

    daß der Teil des Heizrohres, der nach außen über die äußere Oberfläche'des Leitungsrohres hinausragt nach dem Verschweißen desselben so verformt wird, daß dessen Oberfläche mehr der Oberfläche des Leitungsrohres angepaßt ist.
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizrohr in Schraubenwindungen um das Leitungsrohr angeordnet ist-und'mit diesem in Kentakt steht.
15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennze c-lnet, daß das Heizrohr in Form einer Schraubenwindung um das Leitungsrohr angeordnet ist und seine innere Oberfläche zum Teil durch die äußere Oberfläche des Ölleitungsrohres gebildet ist.
16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß: a) die innere Oberfläche des Heizer ohres zum Teil aus der äußeren Oberfläche des Leitungsrohres besteht, die sich zwischen zwei in gleichbieibenien Abstand um das Leitungsrohr verlaufenden Schraubenlinien befindet, und zum Teil aus der inneren Oberfläche eines Stälbandes, das die zwischen den Schraubenlinien sich befindende äußere Oberflache des Leitungsrohres abdeckt; d) zumindest ein Teil der zwischen den Schraubenlinien sich befindenden äußeren Oberfläche des Leitungsrohres zu einer schraubenförmigen Auskehlung geformt ist, deren Größe wenigstens zum Teil dem ersten elektrischen Leiter angepaßt ist; c) das Stahlband spiralförmig um das Ölleitungsrohr herumgewunden ist und dessen Bandkanten in festem Kontakt entlang den beiden Schraubenlinien mit der Oberfläche des Leïtungsrohres stehen; und d) das Heizrohr das Leitungsrohr und dessen Inhalt beheizt.
17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizrohr in Form einer Schraubenwindung angeordnet und ein integrierter Bestandteil der Wandung des Leitungsrohres ist.
18. ld. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste elektrische Leiter aus einem Metall besteht, das beim Durchfließen von Wechselstrom einen beachtlichen Skin-Effekt aufweist, wobei die so gebildete, elektrisch leitende Hautschicht lediglich einen Teil des gesamten Querschnittes des ersten Leiters einnimmt, so daß der effektive Leitungswide'rstand'in dem ersten elektrischen Leiter verstärkt ist.
19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste elektrische Leiter aus einem Metallrohr besteht, das in einem elektromagnetischen Feld beim Durchfließen von Wechselstrom einen beachtlichen Skin-iffekt aufweist; wobei die Dicke der elektrisch leitenden Hautschicht in ausreichendem Maße geringer ist als die Wanddicke des Rohres, wodurch ein verstärkter elektrischer Leitungswiderstand und damit eine zusätzliche Wärmeéntwicklung gegeben ist.
20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die infolge des Wechselstromflußes erzeugte l.rårme über eine vergrößerte Oberfläche ableitbar ist, wobei diese Oberfläche Bestandteil der äußeren Wandung des Heizrohre,s ist.
21. 21. Vorrichtung nach Anspruch 19. dadurch gekennaeichnet, daß der erste elektrische Leiter, ein Metallrohr, im Inneren eine vergrößerte Oberfläche besitzt,die die infolge des Skin-Effektes in der äußeren Oberfläche erzeugte Wärme an ein Strömungsmedium abgibt, das die innere vergrößerte Oberfläche berührt.
22. 22. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizrohr im wesentlichen mit einem elektrisch nicht leitenden Material gefüllt ist, wodurch das Helzrohr gegen den inneren elektrischen Leiter isoliert ist.
23. 23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnetq daß das elektrisch nicht leitende Füllmaterial aus eneru Oxyd eines in der Gruppe II A des periodischen Elementensystems an niedriger Stelle stehenden Alkalimetalls besteht.
24. 24. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne,t daß das an das Heizrohr angrenzende Material elektrisch nicht leitfähig ist und im Inneren des Heizrohres strömt.
25. 25. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß: a) das Leitungsrohr mit einer Anzahl über seine Länge verteilter Heizrohr beheizbar ist, die in Langsrichtung abwechselnd gerade und ungerade beziffert sind; b) jedes Heizrohr einen Abschnitt des Leitungsrohres beheizt; c) jedes Paar der Heizrohre - eines gerade und eines ungerade beziffert - aus-gehend von ihren benachbarten Enden sich in entgegengesetzte Richtungen erstreckt und unabhängig von den anderen Heizrohrpaaren zu betreiben ist; d) zwischen benachbarten Enden der gerade bezifferten und ungerade bezifferten Heizrohre je eine Wechsel--strom- Speisestation angeordnet ist, an die jeweils zwei Heizrohre angeschlossen sind, wodurch eine Leitungsrohrlänge, die das Doppelte jeder Heizrohrlänge beträgt, beheizbar ist.
26. 26. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizrohr und dessen Anschlüsse voLlständig luftdicht verschlossen und mit einem Vakuumsystem verbunden sind, das einen Druckanzeiger und eine vermittels eines Ventils absperrbare Vakuumpumpe besitzt, wodurch nach dem, Evakuieren des Systems bis auf einen Druck-unterhalb des Atmosphärendruckes und nach dem Absperren der Vakuumpumpe anhand des Druckanstieges eine Undichtigkelt in den Heizrohr-System erkennbar ist.
27. 27. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß das Heizrohr in Abschnitte entsprechend von Leitungsrohrabschnitten unterschiedlichen W'ärmebedarfs pro Längeneinheit unterteilt ist, wobei ein Heizrohrabschnitt mit einem geringeren inneren Umfang einem Leitingsrohrabschnitt mit einem höheren Wärmebedarf zugeordnet ist und umgekehrt, und alle Heizrohrabschnitte hintereinander von dem Wechselstrom durchflossen werden.
28. 28. Vordchtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß alle Heizrohrabschnitte des Heizrohres den gleichen äußeren Umfang besitzen.
29. 29. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Heizrohr benachbarte Material in fließfähigen Zustand um das Heizrohr verdichtet ist.
30. 30. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet.

    daß das benachbarte, wärmeaufnehmende Material Wasser im ge? @renen Zustand enthält.
31. 31. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste elektrische Leiter aus Flußstahl besteht.
32. 32. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Heizrohres gegenüber der Eindringtiefe des Skin-Effektes eine ausreichende Dicke besitzt, so daß im wesentlichen kein Wechselstrom auf der äußeren Oberfläche des Heizrohres nachweisbar ist.
33. 33. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicnnet1 daß der Hohlraum in dem Heizrohr, der nicht von der ersten elektrischen Leiter und evtl. einem diesen gegen das HeIzrohr isolierenden Material eingenommen ist, im wesentlichen mit einer Flüssigkeit mit starken dielektrischen Eigenschaften gefüllt ist.
34. 34. Heizungssystem für Transportleitungsrohre aus einem wärmeleitenden Material, dadurch gekennzeichnet, daß in einem geschlossenen, langgestreckten Heizrohr aus ferromagnetischen Material sich ueber eine beträchtliche Entiernung ein elektrischer Leiter erstreckt und an einem Ende des Heizrohres mit einem Teil desselben in elektrischem Kontakt steht und an seinem anderen Ende mit einer Wechselstromquelle einer bestimmten Frequenz verbunden ist, die auf der inneren Oberfläche des Heizrohres einen wärmeerzeugenden Skin-Effekt-Strom hervorruft, wobei das Heizungsrohr vermittels Befestigungsvorrichtungen an dem Transportleitungsrohr anliegt und einen Kontaktwinkel von mindestens 900 besitzt.
35. 35. Vorrichtung nach Anspruch-34, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizrohr von dem Transportleitungsrohr getrennt geformt ist, das Transportleitungsrohr eine gekrümmte äußere Oberfläche besitzt und das Heizrohr einen unteren Teil aufweist, dessen Oberfläche im wesentlichen der äußeren Oberfläche des Transportleitungsrohres entspricht und mit diesem in Kontakt steht.
36. 36.- Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizrohr von dem Transportleitungsrohr getrennt geformt ist, ein Teil der äußeren Oberfläche des Transportleitungsrohres im wesentlichen abgeflacht ist und das Heizrohr einen unteren Teil besitzt, der ebenso im wesentlichen flach ist und dessen Oberfläche mit dem flachen Teil des Transportleittungsrohres in Kontakt steht.
37. 37. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch ekennzeichn daß ein Teil des Trans,portleitungsrohres einen Teil des Heizrohres bildet, wobei das geschlossene Heizrohr durch ein Stück ferromagnetischen Materials gegeben ist, das den vorgenannten Teil des Transportleitungsrohres überdeckt, und der elektrische Leiter zwischen diesem Teil und dem Stück ferromagnetischen Materials angeordnet ist.
38. 38. Vorrichtung nach Anspruch 37. dadurch gekennzeichnet daß der besagte Teil des Transportleitungsrohres das Heizrohr einschließlich der äußeren Wand des Dransportleitungsrohres bildet.
39. 39. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportleitungsrohr eine im wesentlichen zylindrische Form besitzt und der Teil des Rohres, der zum Formen des Heizrohres verwandt wird, eine konvexe äußere Oberfläche besitzt.
40. 40. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß das Stück ferromagnetischen Materials das das Heizrohr vervollständigt, auf der äußeren Oberfläche des Transportleitungsrohres angeordnet ist und eine im wesentlichen konkave innere Oberfläche besitzt.
41. 41. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte, das Heizrohr bildende Teil des Dransportleitungsrohres gegenüber dem verbleibenden Teil nach innen eingebuchtet ist und das Stück ferromagnetischen Materials das Heizrohr ve-rvollständigt, indem es die offene Ausbuchtung überdeckt und an den äußeren Wandflachen des Transportleitungsrohres befestigt ist.
42. 42. Vorridntung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß d@s Stück ferromagnetischen Materials das Heizrohr v@rvollstäudigt, indem es quer über einen" Teil der inneren Wandung des Transportleitungsrohres befestigt ist.
43. 43. Vorrichtung ,nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß d.>:., Stück fc-.rromagnetischen Materials das Heizrohr vervoll@tändigt, indem es quer über einzeln Teil der inneren Wandung des, Transportleitungsrohres befestigt ist;
44. 44. Vorrichtung nadh Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß das Stück ferromagnetischen Materials eine im wesentlichen konkave innere Oberfläche besitzt.
45. 45. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportleitungs-rohr bei der Fertigung aufgeschlitzt und das Heizrohr so angeordnet ist, daß der Schlitz verschlossen ist und ein geschlossenes Transportlei'tungsrohr gegeben ist.
46. 46. Vorrichtung nach an Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizrohr an dem aufgeschlitzten Teil des Transportleitungsrohres so anliegt, daß nach dem Verschließen ein Teil der äußeren Oberfläche des Heizrohres über die äußere Wandflache des Transportleitungsrohres hinausragt.
47. 87. Vorrichtung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichne@, daß das Verschließen des in Längsrichtung aufgeschlitzten Transportleitungsrohres mit dem Heizrohr vermittels Schweißnähte an der äußeren Oberfläche des Transportleitungsrohres erfolgt.
48. 48. Vorrichtung nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet.

    daß das Heizrohr in wesentlichen innerhalb des durch dl au re Oberfläche des Transportleitungsrohres abgegrenzten nes angeordnet ist.
49. 49. Vorrichtung nach Anspruch 48, dadurch gekennzei ^s daß ein ferromagnetisches Material die Schlitzöffnung überbrückt, das heizrohr abdeckt und an der äußeren Oberfläche des Trsnsportleitungsrohres befestigt ist.
50. 50. Materialbeheizungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß in einem geschlossenen, langgestreckten Heizrohr aus ferromagnetischem Material sich über eine beträchtliche Entfernung ein elektrischer Leiter erstreckt und an einem Endes des Heizrohres mit einem Teil desselben in elektrischem Kontakt steht und an seinem anderen Ende mit einer Wechselstromquelle einer bestimmten Frequenz verbunden ist, die auf der inneren Oberfläche des Heizrohres einen wärmeerzeugenden Skin-Effekt-Strom hervorruft, wobei das Heizrohr entlang eines gekrümmten Weges und in Achslängsrichtung um ein acs zu beheizende Material transportierende Leitungsrohr aus einem wärmeleitenden Werkstoff herum angeordnet und an diesem befestigt ist.
51. 51. Vorrichtung nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß der gekrümmte Weg in Form einer Schraubenwindung gegeben ist.
52. 52. Vorrichtung nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizrohr und das Transportleitungsrohr geformt ausgebildet sind und die Befestigung so ausgestaltet ist, daß zwischen dem Heizrohr und dem Transportleitungsrohr ein Kontaktwinkel von mindestens 90° gegeben ist.
53. 53. Vorrichtung nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß e Teil des Transportleitungsrohres einen weil des Heizrohres bildet, wobei das geschlossene Heizrohr durch ein Stück ferromagnetischen Materials gegeben ist, das den vorgenannten Teil des Transportleitungsrohres userdeckt, und daß ein elektrischer Leiter zwischen diesem Teil und dem Stück ferromagnetischen Materials angeordnet is, 54. Vorrichtungnnach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet.
54. daß ein Teil des Transportleitungsrohres das Heizrohr sowie die äußere Wand des Transportleitungsrohres bildet.
55. 55. Vorrichtung nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportleitungsrohr eine im wesentlichen zylindrische Form besitzt und der das Heizungsrohr mitformende Teil eine konvexe äußere Oberfläche aufweist.
56. 56. Vorrichtung nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, daß das Stück ferromagnetischen Materials, das das Heizrohr vervollständigt, an der Außenseite des Dransportleitungsrohres angeordnet ist und eine im wesentlichen konkave innere Oberfläche besitzt.

    L e e r s e i t e