DE3834898A1 - Verfahren und vorrichtung zur beheizung eines behaelters oder rohrleitungen, pumpen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Beheizung eines Behälters oder Rohrleitungen, Pumpen und insbesondere zur Beheizung eines mit zumindest ei­ nem Heizband versehenen Behälters etc.

Aus dem Stand der Technik sind elektrische Heizbänder be­ kannt, welche band- oder kabelförmig ausgestaltet sind und dazu verwendet werden, Behälter aller Art, insbesondere jedoch Rohrleitungen, zu beheizen, um beispielsweise das Einfrieren von Wasser zu verhindern oder um zu verhindern, daß das in dem Behälter oder der Rohrleitung befindliche Medium unter einen vorgegebenen Wert abkühlt. Eine derartige Beheizung kann somit in einem sehr breiten Anwendungsgebiet eingesetzt werden, beispielsweise zur Konstanthaltung von Prozeßtemperaturen in der chemischen Industrie oder von Analyseleitungen in der Umwelttechnik oder, wie bereits erwähnt, zum Zwecke des Frostschutzes von Abwasser- oder Prozeßleitungen. Üblicherweise sind derartige Behälter oder Rohrleitungen im Freien oder in ungeheizten oder untempe­ rierten Hallen angeordnet und müssen infolgedessen in Ab­ hängigkeit von einem jeweils ermittelten Temperatur-Ist-Wert beheizt werden.

Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen und Verfahren zur Beheizung bekannt, bei welchen jeweils ein Rohrabschnitt oder ein Behälter mit einem separaten Heizband versehen ist, welches an ein diesem Heizband separat zugeordnetes Steuer­ gerät angeschlossen ist, welches über einen Temperaturfühler gesteuert wird, welcher die Temperatur des jeweiligen Rohres oder Behälters mißt. In Abhängigkeit von diesem Ist-Wert wird mittels des Steuergerätes die Heizung des Heizbandes ein- bzw. ausgeschaltet. Nachteilig erweist es sich dabei, daß für jedes Heizband ein eigenes Steuergerät mit einem eigenen Steuer- oder Regelkreis erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und betriebssicherer Handhab­ barkeit eine den technischen und den wirtschaftlichen An­ forderungen entsprechende Beheizung ermöglichen und mittels derer der apparatetechnische Aufwand, insbesondere der steuerungstechnische Aufwand verringert werden kann.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die Erfindung dadurch gelöst, daß mittels einer Vergleichsmeßstelle, welche die gleichen Wärmeübergangswerte wie der Behälter etc. aufweist, ein Ist-Wert ermittelt wird, welcher einer Steuerschaltung zu­ geführt wird, und daß die Steuerschaltung auf der Basis des Ist-Werts die Heizleistung des Heizbandes einstellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus. Da eine Vergleichsmeßstelle verwendet wird, welche die gleichen Wärmeübergangswerte wie der zu beheizende Behälter aufweist, ist es möglich, die Vergleichsmeßstelle von dem oder den Behältern zu trennen und den jeweiligen Anforderungen entsprechend auszugestalten und anzuordnen. Dies erweist sich insbesondere dann als be­ sonders vorteilhaft, wenn der zu beheizende Behälter, wel­ cher beispielsweise in Form einer isolierten Rohrleitung ausgebildet sein kann, im Freien oder in einer ungeheizten oder untemperierten Halle angeordnet ist. Es ist erfindungs­ gemäß möglich, die Vergleichsmeßstelle mit gleichen Wärme­ übergangswerten zu versehen, um an einem beliebigen Ort in der Nähe des zu beheizenden Behälters oder Rohres den Ist- Wert zu ermitteln, welcher der Steuerung oder Regelung zu­ grunde gelegt werden soll. Diese erfindungsgemäße Art der Ist-Wert-Ermittlung weist den Vorteil auf, daß es nicht erforderlich ist, direkt an dem Behälter oder der Rohrlei­ tung einen Meßwertaufnehmer zu installieren. Dies kann so­ wohl aus Gründen der baulichen Voraussetzungen als auch aus Gründen der Betriebssicherheit wünschenswert sein.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens ist dadurch gegeben, daß der von der unabhängigen Vergleichsmeßstelle ermittelte Ist-Wert zur Steuerung oder Regelung mehrerer Heizbänder in mehreren Behältern oder Rohrleitungen dienen kann. Es ist somit erfindungsgemäß möglich, den steuerungstechnischen oder regelungstechnischen Aufwand erheblich zu reduzieren, da nurmehr eine Steuer­ schaltung erforderlich ist, welche auf der Basis nur eines Ist-Wertes die Heizleistung mehrerer Heizbänder einstellen kann. Dies erweist sich beispielsweise dann als besonders vorteilhaft, wenn in einer Halle oder einem größeren Frei­ gelände eine Vielzahl von Behältern oder Rohren zu beheizen oder zu temperieren ist, welche im wesentlichen gleiche Wärmeübergangswerte bzw. Wärmeverluste aufweisen. Erfin­ dungsgemäß kann der apparatetechnische Aufwand stark redu­ ziert werden, da lediglich eine Vergleichsstelle und eine Steuerschaltung erforderlich ist. Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, daß bei entsprechender Anordnung und Aus­ wahl der Vergleichsmeßstelle stets eine ausreichende Behei­ zung der einzelnen Behälter oder Rohrleitungen sicherge­ stellt ist und auf diese Weise die Betriebssicherheit erhöht werden kann, während bei mehreren einzelnen Beheizungsein­ richtungen stets die Gefahr besteht, daß diese die Behälter oder Rohrleitungen in unterschiedlicher Weise beheizen oder Störungen unterworfen sind.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist dadurch gegeben, daß mittels der Steuerschaltung auf der Basis des Ist-Werts die Heizleitung des Heizbandes eingestellt wird. Demgegenüber ist es aus dem Stand der Technik lediglich üblich, das Heiz­ band mit maximaler Heizleistung zu betreiben oder die Heizung gänzlich abzustellen. Dies erfordert einen hohen regelungstechnischen Aufwand und erweist sich in vielen Fällen bezüglich der Energieeinsparungsmöglichkeiten als unbefriedigend. Erfindungsgemäß ist es möglich, die Heiz­ leistung zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert beliebig einzustellen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden mittels der Steuerschaltung mehrere Heizbänder ent­ weder mit der gleichen Heizleistung oder mit einer jeweils unterschiedlichen Heizleistung angesteuert. Da erfindungs­ gemäß an eine Steuerschaltung mehrere Heizbänder angeschlos­ sen sein können, ist es somit möglich, den spezifischen Anforderungen gerecht zu werden, ohne zusätzliche Tempera­ turmessungen oder Steuerschritte durchzuführen.

Erfindungsgemäß kann als Vergleichsmeßstelle ein separater Temperatursensor verwendet werden. Es ist somit möglich, auf bekannte Bauteile zurückzugreifen, eine spezielle Anpassung oder Zuordnung der Vergleichsmeßstelle an die zu beheizen­ den Behälter oder Rohrleitungen ist nicht erforderlich.

In einer weiteren, besonders günstigen Ausgestaltung des er­ findungsgemäßen Verfahrens wird die Heizleistung der Heizbänder in Abhängigkeit von einem Temperatur-Ist-Wert linear angepaßt. Diese lineare Anpassung erweist sich aus steuerungstechnischen Gründen als besonders günstig und erfordert nur einen geringen technischen Aufwand. Weiterhin kann durch die lineare Anpassung die Heizleistung des Heiz­ bandes jeweils so gewählt werden, daß der in dem Behälter oder der Rohrleitung auftretende Wärmeverlust exakt aus­ geglichen werden kann.

Weiterhin kann es sich als günstig erweisen, daß die Steuer­ schaltung in einem vorgegebenen Ist-Wert-Temperturbereich bei einem bestimmten Ist-Wert das Heizband zur Abgabe einer im wesentlichen konstanten Heizleistung ansteuert. Da eine konstante Heizleistung erzielt wird, erübrigen sich steue­ rungs- oder apparatetechnische Maßnahmen, mittels denen einer zu starken oder zu schwachen Beheizung vorgebeugt werden muß, so wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Ein weiterer Vorteil dieser Art des Betriebs der Heiz­ bänder ist dadurch gegeben, daß jeweils eine konstante Energiemenge erforderlich ist, so daß die gesamte elektri­ sche Installation in wirtschaftlicherer Weise ausgelegt werden kann, als wenn durch ein ständiges Aus- und Ein­ schalten der Heizbänder wie beim Stand der Technik jeweils Strom- bzw. Spannungsspitzen hervorgerufen werden.

Die Aufgabe wird hinsichtlich der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung dadurch gelöst, daß der Temperatursensor separat aus­ gebildet ist und zur Abgabe eines Ist-Werts an die Steuer­ schaltung die gleichen Wärmeübergangswerte aufweist, wie der zu beheizende Behälter. Durch die "Simulierung" der Wärme­ übergangswerte des Behälters oder der Rohrleitung bei dem Temperatursensor ist eine besonders exakte und präzise Be­ heizung möglich, welche insbesondere von kurzzeitigen An­ derungen der Umgebungsbedingungen oder der Temperatur des in dem Behälter befindlichen Mediums unabhängig ist.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Temperatursensors erweist sich insbesondere dann als günstig, wenn der Behäl­ ter in Form einer isolierten Rohrleitung ausgebildet ist, da dann durch den separaten Temperatursensor in besonders exakter Weise ein gleicher Wärmeübergang erzielt werden kann, wie in der Rohrleitung. Dabei kann es sich als günstig erweisen, wenn der Temperatursensor in gleicher Weise wie der Behälter bzw. die Rohrleitung isoliert ist.

In einer besonders günstigen Ausgestaltung der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung sind an der Steuerschaltung mehrere Heizbänder parallel angeschlossen. Erfindungsgemäß ist es somit möglich, eine Vielzahl von Heizbändern durch eine einzige Steuerschaltung unter Zugrundelegung eines einzigen Ist-Wertes zu steuern. Die Anzahl der Heizbänder ist prak­ tisch unbegrenzt vergrößerbar, eine mögliche Begrenzung der Anzahl der Heizbänder ergibt sich allein aus der Leistungs­ fähigkeit der Steuerschaltung bzw. des Steuer- oder Regel­ kreises.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung und

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Kennwerte der erfindungsgemäßen Steuerschaltung.

ln Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsge­ mäßen Vorrichtung zur Beheizung eines Behälters dargestellt, wobei auf die Abbildung des Behälters aus Gründen der Über­ sichtlichkeit verzichtet wurde. Die Vorrichtung umfaßt zwei Heizbänder 1, eine in Form eines Temperatursensors ausge­ bildete Vergleichsmeßstelle 2 sowie eine Steuerschaltung 3, welche an eine Energieversorgung 4 angeschlossen ist.

Jedes der Heizbänder weist zwei Hauptleiter 5, 6 auf, welche in üblicher Weise mit der Phase bzw. dem Nulleiter einer Wechselstromquelle verbunden sind. Weiterhin weist das Heiz­ band 1 einen Schutzleiter 7 auf, welcher üblicherweise in Form eines Schutzgeflechtes ausgebildet ist, welches die Hauptleiter 6, 7, die nicht dargestellten Isolierschichten, sowie einen Widerstandsheizdraht 8 umgibt. Der Widerstands­ heizdraht 8 ist in Fig. 1 nur in schematischer Weise in Form eines Widerstandsschaltbildes dargestellt. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Heizbändern ist der Widerstands­ heizdraht in Form einer Spirale über die gesamte Länge des Heizbandes um die die Hauptleiter 5, 6 umgebende Isolier­ schicht gewickelt und ist in vorbestimmten Abständen jeweils mit einem der Hauptleiter 5, 6 verbunden, so wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Durch diese Maßnahme wird es sicher­ gestellt, daß das Heizband über seine Länge eine konstante Heizleistung erbringen kann. Es ergibt sich für den Fach­ mann als Selbstverständlichkeit, daß der Widerstandsheiz­ draht 8 abwechselnd mit dem Hauptleiter 5 und dem Haupt­ leiter 6 zu verbinden ist, um einen entsprechenden Strom­ fluß sicherzustellen.

In Fig. 1 sind zwei Heizbänder 1 dargestellt, welche in gleicher Weise aufgebaut sind und parallel an der Steuer­ schaltung 3 angeschlossen sind.

Die Vergleichsmeßstelle 2 bzw. der Temperatursensor 2 ist in üblicher Weise mit der Steuerschaltung 3 verbunden. Die Steuerschaltung 3 ist mit einer Energieversorgung 4, welche beispielsweise in Form einer Wechselspannung von 220 V aus­ gebildet sein kann, verbunden.

In Fig. 2 ist die Fig. 1 gezeigte Steuerschaltung näher dar­ gestellt, wobei auf eine Wiedergabe der elektrischen Schal­ tungsanordnung an dieser Stelle verzichtet werden kann, da diese dem Fachmann bekannt ist. Es soll an dieser Stelle lediglich das Kennlinienfeld der erfindungsgemäßen Steuer­ schaltung im einzelnen beschrieben werden. Die Steuerschal­ tung 3 umfaßt einen Hauptschalter 9 sowie eine einen Be­ triebszustand anzeigende Kontrollampe 10. Weiterhin ist er­ findungsgemäß ein Wahlschalter 11 vorgesehen, welcher bei­ spielsweise in Form eines Drehschalters ausgebildet sein kann, um verschiedene Betriebsbereiche oder Heizstufen, welche mit den Zahlen 1 bis 4 gekennzeichnet sind, auszu­ wählen.

Wie sich aus dem Kennlinienfeld ergibt, ist ein lst-Wert- Temperaturbereich von +5 bis -30⁰C vorgesehen. ln Abhän­ gigkeit von der von der Vergleichsmeßstelle 2 ermittelten Temperatur wählt die Steuerschaltung, ausgehend von dem durch den Wahlschalter 11 vorgegebenen Betriebsbereich die Heizleistung der Heizbänder aus. Die Heizbänder werden dabei, wie sich aus Fig. 2 ergibt, stufenlos in einem Heiz­ leistungsbereich von 0 bis 100% angesteuert. Bei allen drei Betriebsbereichen ist bei einer Temperatur von +5°C eine Heizleistung von 0% ausgewählt, d. h. die Steuerschaltung schaltet die Beheizung insgesamt ab. In Abhängigkeit von dem Betriebsbereich ist bei einer Ist-Wert-Temperatur von -20°C eine Heizleistung von 40% (Betriebsbereich 1), 55% (Be­ triebsbereich 2), 70% (Betriebsbereich 3) und 85% (Be­ triebsbereich 4) ausgewählt. Durch die lineare Anpassung der Heizwerte an den Temperatur-Ist-Wert ergibt sich die Mög­ lichkeit, die Steuerschaltung besonders einfach auszubilden.

Zur optischen Anzeige kann weiterhin jeder Temperatur eine Anzeigelampe 12 zugeordnet sein, welche der Bedienungsperson den derzeit vorliegenden Temperatur-Ist-Wert anzeigt.

Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt, es ergeben sich insbesondere hinsichtlich der Ausgestaltung der Steuerschaltung, der Ausbildung der Ver­ gleichsmeßstellung und der Anordnung der Heizbänder viel­ fältige Abwandlungsmöglichkeiten.

Claims (11)

1. Verfahren zur Beheizung eines zumindest mit einem Heizband versehenen Behälters oder Rohrleitungen, Pumpen, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Vergleichsmeßstelle (2), welche die gleichen Wärmeübergangswerte wie der Behälter etc. aufweist, ein Ist-Wert ermittelt wird, welcher einer Steuerschaltung (3) zugeführt wird, und daß die Steuer­ schaltung (3) auf der Basis des Ist-Wertes die Heizlei­ stung des Heizbandes (1) einstellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Steuerschaltung (3) mehrere Heizbänder (1) mit einer gleichen Heizleistung angesteuert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Steuerschaltung (3) mehrere Heizbänder (1) mit einer jeweils unterschiedlichen Heizleistung an­ gesteuert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Vergleichsmeßstelle (2) ein sepa­ rater Temperatursensor verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Heizleistung der Heizbänder (1) in Abhängigkeit von einem Temperatur-Ist-Wert linear ange­ paßt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuerschaltung (3) in einem vor­ gegebenen Ist-Wert-Temperaturbereich bei einem bestimm­ ten lst-Wert das Heizband (1) zur Abgabe einer im we­ sentlichen konstanten Heizleistung ansteuert.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mittels der Steuerschaltung (3) eine Anpassung der Heizleistung des Heizbandes (1) zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert erfolgt.

8. Vorrichtung zur Beheizung eines mit zumindest einem Heizband versehenen Behälters oder Rohrleitungen, Pum­ pen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Heizband (1) über seine Länge einen konstanten elektrischen Widerstand auf­ weist, mit einem Temperatursensor (2) und mit einer Steuerschaltung (3), dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (2) separat ausgebildet ist und zur Abgabe eines Ist-Werts an die Steuerschaltung (3) die gleichen Wärmeübergangswerte aufweist, wie der zu be­ heizende Behälter etc.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter etc. in Form einer isolierten Rohrleitung aus­ gebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der Tempertursensor (2) in gleicher Weise wie der Behälter etc. isoliert ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der Steuerschaltung (3) mehrere Heizbänder (1) parallel angeschlossen sind.