DE202007013054U1

DE202007013054U1 - Skineffekt-Rohrleitungsbeheizung

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Publication number: DE202007013054U1
Application number: DE202007013054U
Authority: DE
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Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2009-02-19
Anticipated expiration: 2017-09-19

Abstract

Rohrleitung, die durch ein Skineffekt-Beirohr beheizt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlossene Beirohr (z. B. 4b) im Querschnitt so flach geformt ist, dass die innere Breite mindestens doppelt so groß ist wie die innere Höhe.

Description

Es sind viele Möglichkeiten bekannt geworden um über den so genannten magnetischen Skineffekt Rohrleitungen zu beheizen (Patente: US 3 617 699 , US 3 706 872 usw.). Technisch durchgesetzt haben sich in großem Umfang solche Systeme, bei dem der von Wechselstrom durchflossene elektrische Leiter in einem geschlossenen Profil (Beirohr) verlegt ist, das seinerseits Wärme leitend mit dem zu beheizenden Rohr verbunden ist. Fast in allen Fällen ist das Profil ein kreisförmiger Rohrquerschnitt ( US EP 0 036 322 A1 , EP 0 015 150 ), in seltenen Sonderfällen auch ein Rechteck-Querschnitt ( Deutsche Auslegeschrift 2 135 790 ). Diese Standardprofile haben zum einen den Vorteil günstiger Beschaffungskosten, zum anderen gewährt ihre geschlossene Form einen hohen Schutz des Wartungspersonals vor Berührungen mit dem teilweise hochgespannten Strom und verhindert sehr sicher allgemeine Schäden durch den Kontakt des elektrischen Leiters mit Wasser (z. B. Regenwasser über defekte Isoliermantelung) oder mit zündfreudigen Flüssigkeiten (z. B. aus Leckagen der zu beheizenden Leitung). Nachteil dieser Skineffekttechnik ist aber, dass der wesentliche Teil der Heizleistung über Wirbelstromverluste im ferromagnetischen Beirohr erzeugt werden soll und dazu eine große Skineffekt-Heizfläche erforderlich ist, die üblicherweise durch große Beirohre zur Verfügung gestellt wird. Ein typisches Beispiel ist in 1 dargestellt. In dieser Abbildung, wie auch in allen nachfolgenden, sind Rohrleitungsquerschnitte mit all ihren Details maßstabsgerecht gezeichnet. Das Produktrohr 1 hat die Nennweite 3'' (88,9·3,2 mm), das Dammmaterial 2 weist eine Dicke von 50 mm auf, das Beirohr 4a mit der Nennweite ¾'' hat die Maße 26,7·2,65 mm und das Isolier-Mantelrohr 3 190,5·0,8 mm. Im Beirohr liegt der isolierte elektrische Leiter 5 mit einem Außendurchmesser von 8,8 mm. Verbunden ist das Beirohr mit dem Produktrohr durch wechselseitige Schweißkehlnähte 6, die mit axialem Abstand aufgetragen sind. Dieses ist die meistgenutzte Verbindungstechnik. Häufig werden Bei- und Produktrohr auch nur mit Spannbändern zusammengebunden, was zwar billig in der Herstellung, aber teuer im Betrieb ist, weil durch die schlechte Wärmeübertragung zwischen diesen Rohren die Beirohr-Temperatur besonders hoch ist und damit zu starken Wärmeverlusten führt. Der erwähnte Nachteil der großen Beirohre zeigt sich am geringen Abstand a vom Beirohr, der heißesten Oberfläche im Rohrleitungssystem, zum Isoliermantel. Im Vergleich zur Begleitbeheizung mit Widerstandsheizleitern, die ebenfalls oft in Beirohren verlegt werden, weisen die Skineffekt-Beirohre oft mehr als den dreifachen Durchmesser auf. Natürlich könnte man die Isolierdicke der skineffektbeheizten Rohre drastisch erhöhen, was aber neben direkten Isolationskosten vor allem die Infrastrukturkosten (Rohrbrücken, umbauter Raum in Gebäuden) erhöhen würde. Das Aufteilen der Heizleistung auf z. B. 3 kleine Röhrchen würde die Investitionskosten ebenfalls sehr stark erhöhen.
Die Erfindung löst das Problem die Wärmeverluste zu reduzieren dadurch, dass durch Einsatz von Begleitrohren mit flachen Querschnitten aber gleichgroßen Heizflächen sich der Minimalabstand zwischen dem Beirohr und Isoliermantelrohr – und damit die Mindestisolierdicke – vergrößert. Die 2 weist gegenüber der 1 nur eine andere Verbindungstechnik auf. Statt der wechselseitig aufgetragenen Schweißnähte 6 ist hier die Befestigung zwischen Bei- und Produktfrohr mit einer Wärme leitenden Klebeschicht 7 dargestellt. 2 dient im Wesentlichen den folgenden Abbildungen zum Vergleich. 3 zeigt wieder einen Rohrleitungsquerschnitt, der aus denselben Materialien hergestellt ist, wie in 1 und 2 gezeigt. Der wesentliche Unterschied ist das Beirohr 4b, das aus dem gleichen Rohrmaterial wie 4a hergestellt wurde, dass aber durch parallele Walzen auf einen flachen Querschnitt mit einer lichten Höhe von 9,2 mm umgeformt wurde, d. h., es wurde der innere Querschnitt so gestaltet, dass der elektrische Leiter 5 mit seinem Durchmesser von 8,8 mm problemlos eingezogen werden kann. Nimmt man den Abstand a in den 1 und 2 mit 100% an, so vergrößert sich der Abstand b, also die Isolierdicke um fast 50%. Formt man das dem selben Grundmaterial hergestellte Beirohr 4c so, dass eine lichte Höhe von 9,2 mm erhalten bleibt, aber Flächen entstehen, die konzentrisch zum Produktrohr-Mittelpunkt verlaufen, so erhöht sich die Mindestisolierdicke, also der Abstand c, um knapp über 50%.
Die 5 bis 7 entsprechen im Prinzip den 2 bis 4, der Unterschied besteht nur darin, dass als Ausgangsmaterial für die Beirohre 8 ein 1¼''-Rohr (42,5·3,25 mm) verwendet wurde, so wie es maßstäblich als 8a in seiner Ausgangsform in 5 eingezeichnet ist. Die verbleibende Isolierdicke (Abstand d) ist so klein und damit der Wärmeverlust so groß, dass die Rohrleitung in dieser Ausführung eigentlich in der Praxis nicht eingesetzt werden sollte. In 6 wurde das Beirohr 8b ebenso verformt wie in 3 und zwar auch mit derselben lichten Höhe von 9,2 mm. Obwohl durch Verwendung des größeren Beirohrs 8 im Vergleich mit dem Beirohr 4 die Heizfläche um fast 70% gewachsen ist, vergrößerte sich die Isolierdicke (Abstand e) im Vergleich zu 1, Abstand a, sogar um etwa 30%. In 7 ist zu sehen, dass die verbleibende Mindestisolierdicke noch größer wird, wenn das Beirohr 8c gleichartig wie in 4 verformt wird. Der Abstand f, und damit die verbleibende minimale Isolierdicke, ist um fast 50% größer als Abstand a in 1.
Eine weitere Verbesserung der Isolationswirkung kann erreicht werden durch das Verschieben der verbundenen Elemente Produktrohr/Beirohr innerhalb des Isoliermantelrohres um den Wert h, so wie in 8 dargestellt. Weil die Vergrößerung des Abstandes g aber eine Verringerung des Abstandes i zur Folge hat, müssen die Maße durch eine Optimierungsrechnung (mit inzwischen handelsüblichen Computerprogrammen) erst ermittelt werden.
Ein weiterer großer Vorteil der abgeflachten Beirohre zeigt sich, wenn man die Klebeschichten 7 in den 5 bis 7 betrachtet. Vergleicht man die Dicken der Klebeschichten, ausgehend von der Mitte, so weisen die Schichten zwischen den abgeflachten Beirohren in 6 und 7 bei gleichem Mittenabstand deutlich geringere Dicken aus. Die Wärmeübertragungsleistung der Klebeschichten in 6 und noch deutlicher in 7 sind gegenüber der in 5 auf Grund von Schichtdicke und Schichtbreite deutlich überlegen, das heißt, dass die preiswerte Klebeverbindung der extrem aufwändigen Schweißverbindung überlegen sein kann.
In den 8 Abbildungen ist immer derselbe kreisrunde elektrische Leiter von 8,8 mm Außendurchmesser und 6 mm Leiterdurchmesser eingezeichnet. Stehen flache Litzen zur Verfügung, dann werden auch die freien Querschnitte der Beirohre flacher ausgeführt (z. B. nach Anspruch 2 und folgende) und die angestrebte Wirkung steigert sich weiter.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 3617699 [0001]
- US 3706872 [0001]
- US 0036322 A1 [0001]
- EP 0015150 [0001]
- DE 2135790 [0001]

Claims

Rohrleitung, die durch ein Skineffekt-Beirohr beheizt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlossene Beirohr (z. B. 4b) im Querschnitt so flach geformt ist, dass die innere Breite mindestens doppelt so groß ist wie die innere Höhe.
Rohrleitung, die durch ein Skineffekt-Beirohr beheizt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlossene Beirohr (4b oder 4c) im Querschnitt so flach geformt ist, dass die innere Höhe nur um so viel größer ist, dass der gewählte, beliebig geformte Heizleiter ohne Klemmung eingezogen werden kann.
Rohrleitung nach Anspüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlossene Beirohr (8b in 6) parallele Flächen aufweist.
Rohrleitung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Flächen des geschlossenen Beirohrs (8c in 7) konzentrisch zur Mittelachse des Produktrohrs (1) geformt sind.
Rohrleitung nach Ansprüchen 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlossene Beirohr aus einem Standardprofil (z. B. Rohr mit kreisrundem oder rechteckigen Querschnitt) durch Umformung hergestellt ist.
Rohrleitung nach Ansprüchen 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlossene Beirohr durch Strangpressen hergestellt wurde.
Rohrleitung nach Ansprüchen 1, 2, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlossene Beirohr durch Klebung mit dem Produktrohr verbunden ist (3, 4, 6, 7 und 8).
Rohrleitung nach Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verband aus Produktrohr (1) und Beirohr (8c) so innerhalb des Isoliermantelrohres (3) angeordnet werden, dass der minimal mögliche Wärmeverlust der Rohrleitung erreicht wird (8).