DE2201516A1 - Heizrohr - Google Patents

Description

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DR. ING. B. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. HER. NAT. K. HOFFMANN PATBJiTANWAI/TE D-8000 MÖNCHEN 81 · ARABEUASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087

Chlsso Corporation, Osaka/Japan

Heizrohr

Die Erfindung betrifft ein Heizrohr mit einem ferromagnetischen Mantel und einem durch das Innere des ferromagnetischen Mantels geführten isolierten Leiter, welcher an einer Wechselstromquelle angeschlossen ist.

Ziel der Erfindung ist es, ein Heizrohr vorzusehen, bei welchem Koronaerscheinungen nicht auftreten können.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der ferromagnetische Mantel mit einem Druckgas gefüllt ist.

V/eitere Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und beschrie-

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ben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen ist.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines nach bekanntem Prinzip mit Skineffektstrom wärmeerzeugenden Rohres, bei welchem die Erfindung angewendet wird,

Fig. 2 ist ein schematischer Querschnitt nach Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 ist eine schematische Ansicht einer Ölleitung, an der das erfindungsgemäße, unter Druckgas stehende, mit Skineffektstrom wärmeerzeugende Rohr angebracht ist.

In Fig. 1 zeigt das Bezugszeichen 1 einen ferromagnetischen Mantel z.B. in Form eines Stahlrohres, und Nr. zeigt einen durch das Innere des Rohres verlegten isolierten elektrischen Leiter, dessen beide Enden durch Klemmen mit einer elektrischen Quelle 8 und einem von der Quelle entfernten Ende 6 des Rohres verbunden sind. Zwei Enden des elektrischen Leiters 7 sind mit der anderen Klemme der Quelle und dem anderen Ende 5 des Rohres verbunden.

Wenn bei einer Vorrichtung mit einer solchen Leiterschaltung bei einem spezifischen Widerstand des ferromagnetischen Mantels f (Ω cm) die spezifische Permeabilität mit /U, und die Frequenz der Quelle mit F (Hz) bezeichnet wird, dann wird das als "Hauttiefe" bezeichnete s (cm) durch die Formel

(D

ausgedrückt.

Wenn die Dicke, die Länge und der Innendurchmesser

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des ferromagnetischen Mantels jeweils mit t (cm), £ (cm) und d (cm) ausgedrückt werden, und sich das folgende Verhältnis ergibt:

t > 2s und » d (2),

dann fließt der durch den isolierten Leiter 3 fließende Strom 9 durch den ferromagnetischen Mantel 1 als Strom 9¹* der am inneren Hautbereich 12 konzentriert ist, dessen Dicke ungefähr durch die Formel (l) ausgedrückt ist. Der Strom fließt aber nicht zu dem äußeren Hautbereich 11 des Mantels. Dementsprechend fließt auch bei Kurzschluß an der äußeren Oberfläche des ferromagnetischen Mantels 1 durch einen Leiter niederer Impedanz kein Strom durch den Leiter.

Wenn also der ferromagnetische Mantel in Kontakt mit anderem zu wärmenden Material,z.B. einer Ölleitung, gebracht wird, fließt im wesentlichen kein Strom in die Ölleitung; die Sicherheit ist also gewahrt. Für den ferromagnetischen Mantel 1 kann normales unlegiertes Stahlrohr verwendet werden, und auch bei Verwendung einer Kraftquelle mit einer technischen Frequenz von z.B. 5o Hz oder 6o Hz beträgt die Hauttiefe nur ungefähr 1 mm. So kann das mit Skineffektstrom wärmeerzeugende Rohr leicht aus einem normalen Stahlrohr hergestellt werden.

Eine mit einem Heizrohr unter Verwendung des Skineffektstromes ausgestattete Ölleitung ist z.B. durch das US-Patent 3 293 4o7 bereits bekannt.

Eine Ölleitung mit einem derartigen Heizrohr wurde kürzlich immer weiter verlängert, wobei die Spannung der benötigten Kraftquelle dann looo V übersehritt. Durch solche Fälle entsteht ein neues Problem, daß nämlich in dem durch das Innere des Heizrohres verlaufenden elektrischen

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Leiter J> Koronaentladungen stattfinden. Solche Koronaentladungen durchschlagen die Isolierung des Leiters.

In Fig. 2 ist bei Nr. 2 die Isolierung des elektrischen Leiters 3 gezeigt, und Koronaentladungen finden hauptsächlich an der Außenfläche der in Fig. 1 nur schematisch angedeuteten Isolierung 2 statt» Der Zwischenraum 4 zwischen dem elektrischen Leiter J> und dem ferromagnetischen Mantel 1 ist normalerweise mit dem Umgebungsdruck entsprechender Luft gefüllt. Ein Verfahren zum Erhöhen des anzuwendenden Kraftstromes und damit der Quantität der zu erzeugenden Wärme innerhalb einer gegebenen Temperaturbegrenzung eines elektrischen Leiters durch Füllen des Zwischenraumes mit einem gut wärmeleitenden Stoff wurde bereits im US-Patent 3 591 77o offenbart.

In diesem US-Patent findet bei Füllen des Zwischenraumes 4 mit einer Flüssigkeit wie z.B. einem Isolieröl keine Koronaentladung innerhalb des Bereiches einer Quellenspannung bis zu mehreren tausend Volt statt. Es kann nämlich das Anwachsen der Menge der durch das Heizrohr zu erzeugenden Wärme und eine Verhinderung von Koronaentladungen gleichzeitig bewirkt werden.

Was jedoch das Füllen des Zwischenraumes 4 mit einer Flüssigkeit anbe-trifft, wird bei einem Höhenunterschied zwischen dem Flüssigkeitsabgabe- und dem Flüssigkeitsempfangspunkt einer Ölleitung gemäß Fig. 3 ein dem Höhenunterschied entsprechender Ausgleichsdruck der Einfüllflüssigkeit außerdem an der unteren Seite an das Heizrohr angelegt. Auf diese Weise entsteht das Problem, daß im Falle einer fehlenden vollständigeren Abdichtung der Flüssigkeit letztere ausläuft.

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um dieses

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Problem zu lösen, und der wesentliche Punkt der Erfindung besteht darin, daß der Zwischenraum 4 mit Luft oder anderen Gasen unter höherem Druck als dem Umgebungsdruck gefüllt wird. Erfindungsgemäß ist ein Heizrohr mit einem ferromagnetischen Mantel und einem durch das Innere des ferromagnetischen Mantels geführten isolierten Leiter vorgesehen, welcher an einer Wechselstromquelle angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Mantel mit einem Druckgas gefüllt ist.

Wie bekannt ist, hängt die Initialspannung einer Koronaentladung mit einem in einer Gashülle verlegten und mit einer Spannung belegten elektrischen Leiter von der Dichte des Gases ab, in dem die Korona stattfindet, und je größer die Dichte, desto höher ist die Initialspannung der Koronaentladung. Wenn nämlich die Dichte des umgebenden Gases' voll erhöht ist, findet keine Korona statt, und so kann also ein Zusammenbruch der Isolierung des elektrischen Leiters vermieden werden.

Die vorliegende Erfindung soll mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben werden. Nr. 1 ist ein ferromagnetisches Stahlrohr, d.h. ein Heizrohr gemäß Fig. 1 und 2, und Nr. 3 eine Ölleitung, deren Temperatur aufrechterhalten wird (die Wärmeisolierschicht auf der Ölleitung 1st in dieser Figur weggelassen).

Bei Nr, 14 ist ein Kompressor zum Anlegen eines erhöhten Gasdruckes im Heizrohr gezeigt, bei Nr. 16 ein Gasvorratsbehälter und bei Nr. 15 ein Verbindungsrohr für beide mit dem Heizrohr 1.

Das erfindungsgemäß zu verwendende Gas ist nicht auf Luft beschränkt, jedoch ist Luft das billigste Gas, und wenn Luft in gewissen Mengen austritt, entsteht kaum eine Beschädigung der Ölleitung.

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Bel Nr. 17 ist ein Vorratsbehälter am Flüssigkeitseingabepunkt, bei l8 eine Hauptpumpe zum Fördern der Flüssigkeit und bei 19 ein Vorratsbehälter am Flüssigkeitsaufnahmepunkt gezeigt. Ein Höhenunterschied besteht zwischen den Punkten 2o, 21, an denen beide Behälter liegen.

Bei einem Höhenunterschied von 5oo m zwischen den beiden Behältern und einem mit einem Isolieröl gefüllten Zwischenraum 4 in einem den Skineffektstrom ausnutzenden Heizrohr braucht der Teil des Heizrohres 1 In Nähe des Vorratsbehälters 19 am Flüssigkeitsaufnahmepunkt eine Konstruktion, welche einem Öldruck von einer Höhe von ungefähr mindestens 5° kg/cm widerstehen kann.

Dagegen kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Druck des beschriebenen Heizrohres fast gleichmäßig und entlang der Gesamtlänge der Ölleitung relativ klein gehalten sein, auch wenn, wie oben erwähnt, ein großer Höhenunterschied besteht. Für einen solchen Druck genügen normalerweise 3 bis 7 kg/cm .

Weiterhin bietet die Erfindung folgenden Vorteil:

Wenn ein Gaszufuhrpunkt für das Heizrohr 1 gemäß Fig. J5 in Nähe der elektrischen Quelle 8 liegt, ist keine große Druckerhöhung zum Verhindern einer Koronaentladung benötigt, auch wenn eine gewisse Gasmenge austritt und an einer dem Gaseintrittspunkt fernen Stelle ein Druckabfall stattfindet, weil der elektrische Spannungsunterschied zwischen dem ferromagnetischen Mantel 1 und dem elektrischen Leiter 3 an dem entfernten Punkt niedrig ist.

Wie oben beschrieben, ist es erfindungsgemäß nicht nötig, die Dicke der Isolierung 2 des isolierten elektrischen Leiters 3 zu erhöhen, um damit eine Koronaentladung zu ver-

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hindern. Demgemäß ist die vorliegende Erfindimg wirtschaftlich vorteilhaft, wenn die Isolierung 2 aus teurem Material wie z.B. aus Silizium, Kautschuk oder Polytetrachlorathylen, o.a. besteht.

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   Iy Heizrohr mit einem ferromagnetischen Mantel und einem durch das Innere des ferromagnetischen Mantels geführten isolierten Leiter, welcher an einer Wechselstromquelle angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Mantel (l) mit einem Druckgas gefüllt ist.
2. 2. Heizrohr gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an das Heizrohr anzulegende
   Spannung der Wechselstromquelle mindestens looo V beträgt.

   J>. Heizrohr gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Gases 3 bis
   7 kg/cm beträgt.

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