EP2962523B1 - Apparatus for heating a pipeline - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a device for heating a pipeline, comprising an electrical resistance heating element which extends along a pipe.
- the electrical resistance heating element can be formed from the pipe itself, but also contain additional heating elements, for example in the form of an internal heating conductor, which are electrically connected at their ends to a voltage source.
- document FR 2 722 359 A1 discloses a piping system having a plurality of pipelines, each of which can be heated with an electrical resistance heating element.
- a device for heating pipelines is required, for example, in linearly concentrating solar power plants, in particular parabolic trough solar power plants or Fresnel power plants, in which pipes are flowed through by a salt melt.
- the pipelines are connected to networks that serve to record solar energy in the solar power plant.
- the radiant energy of the sun is concentrated by means of mirrors on specially thermally insulated pipelines.
- the pipelines are formed by series connected collectors.
- a collector comprises a mirror system that concentrates the radiation energy of the sun on a pipe section, a so-called receiver.
- pipelines that are advantageously heated are pipelines that are used to convey melts over long distances, such as liquid sulfur pipelines.
- the radiation energy detected by the receivers is transferred to a heat transfer fluid.
- a biphenyl / diphenyl ether mixture is used as the heat transfer fluid in particular, but limited by its decomposition temperature of about 400 ° C in its maximum operating temperature.
- other heat transfer fluids are required.
- molten salts in particular nitrate / Nitritsalzschmelzen, for example, so-called solar salt 60, a mixture of sodium nitrate and potassium nitrate in a ratio of 60:40 used.
- salt melts are their high melting temperature.
- a sodium / potassium nitrate mixture for example, melts in the eutectic, that is, at a mixing ratio of 56:44 at a temperature of 218 ° C.
- molten salts with high melting points are difficult to operate safely. Freezing the molten salt can cause great economic damage in piping systems. The cause of the damage is, for example, the strong volume expansion of molten salts during melting. There is a risk that fittings and pipelines are pressed open and severely damaged.
- a pipeline section is generally part of a larger pipeline network.
- This connected network is naturally at a near-ground potential, called ground potential, since the piping network of a process plant usually has many low-resistance connections to the potential of the environment. So that no effective parasitic current flows between the piping network and the heated pipe section occur, the two ends of the pipe section must be at the electrical potential of the pipeline network, the ground potential.
- Molten salts usually have good electrical conductivity. Therefore, it is not possible to parasitic current flow through mutual electrical isolation of pipe segments prevent. The heat carrier salt melt would conduct the electrical current across the insulation.
- the wiring of the electrical heating element may be arranged so that the loop-shaped pipe section is connected to ground at the connections to the pipe network of the plant and connected to a pole of a power source at the point of loop reversal.
- the second pole of the voltage source is connected via a low-impedance return path to the grounded end of the heating element.
- the object of the present invention is to reduce the consumption of resources, in particular the consumption of copper, in the creation of heating systems in that it is possible to completely dispense with a return path with full preservation of the heating function.
- a device for heating a pipeline system comprising at least two pipes, along each of which extends an electrical resistance heating element, wherein adjusts a potential near ground potential at each of at least one resistance heating element and at a position remote from this end position is connected to a pole of a DC power source or each having a phase of an n-phase AC power source, wherein when using an n-phase AC power source n is an integer equal to or greater than 2.
- a potential near the ground potential means a potential which is established when an electrical conductor is grounded or, alternatively, a potential which is established when two oppositely directed phases with the same magnitude of current and voltage meet in an electrical conductor and cancel each other out in this way, or when in an electrical conductor, a positive and a negative portion of a DC voltage with the same amount of voltage and current meet and thus cancel each other in a neutral point.
- the circuit therefore corresponds to a double star connection. This can be achieved, for example, by providing an electrical resistance heating element with one phase of an AC source and a second one electrical resistance heating element to a second phase of the AC power source, which is opposite to the first phase, are connected, and the two electrical resistance heating elements are electrically connected together at their ends.
- an electrical resistance heating element to the positive pole of a DC voltage source and the second electrical resistance heating element to the negative pole of the DC voltage source can be connected.
- the circuit is closed and at the electrical connection of the ends of the electrical resistance heating elements, the potentials fed into the electrical resistance heating elements cancel each other out. In this way, a potential near the ground potential is established at one end of the electrical resistance heating elements, without the electrical resistance heating elements being grounded.
- connection of the electrical resistance heating element to a phase of an AC power source or a pole of a DC power source may be at one end of the electrical resistance heating element or at any position between the two ends of the electrical resistance heating element. It is preferable if the electric resistance heating element at both ends, a potential near the ground potential sets and the resistance heating element between the ends to the pole of the DC power source or the phase of the AC power source is connected. The position at which the electrical resistance heating element is connected to the pole of the DC power source or the phase of the AC power source is dependent on the resistances of the electrical resistance heating element and the desired heating task.
- the resistance of the electrical resistance heating element can be realized, for example, by the use of electrically conductive materials of different conductivity or different conductor cross sections.
- an off-center position of the connection is chosen, for example, if a higher heating power is required in one region of the pipeline to be heated than in another part of the pipeline, for example as a result of poorer insulation in a region.
- an increase in the heat output with a constant line cross section is achieved by shortening the distance between the connection of the pole of the DC source or the phase of the AC source and the end at which a potential approaches the ground potential.
- each electrical resistance heating element is divided into at least two sections, with a potential near ground potential at the ends of each section, and a pole of a DC source or phase of an AC source connected between the ends, with the ends of all the sections, which are fed from a DC power source or an n-phase AC power source, electrically low impedance, that is, with a resistance that is significantly smaller than the resistance of the pipeline, connected together.
- each section is powered by at least two power sources, each power source may be a DC power source or an AC power source, and the power sources are each connected at different positions on the electrical resistance heating element.
- the DC source or the phase of an AC source are generated in a floating manner, that is to say that only a voltage difference but not an absolute potential is applied to the voltage source. If the self-potential of all power sources is floating, it is basically possible to operate electrically connected power sources at the same time. At alternating voltages, however, interfering couplings via the inductance of the circuits are possible. In particular, if different lengths of track and individual heating powers are to be set, it is possible that at least one power source from which the section is fed is a DC power source and at least one power source is an AC power source. This has the advantage that both power sources can be operated simultaneously.
- the number of pipes to be heated is greater than the number of poles of the DC source or the number of phases of the AC source, it is possible that when using DC sources in a number of pipelines greater than two each two pipes are grouped together, whose electrical resistance heating elements are connected to the poles of a DC power source or, in the case of n-phase alternating current sources in a number of pipelines greater than n, n pipelines each are combined into a group whose electrical resistance heating elements are connected to the phases of an AC power source.
- an n-phase AC power source can be realized by forming the multipole feeds from inverter or thyristor circuits.
- An adaptation to the resistance of the piping enables transformers with matching transmission ratio.
- the electrical resistance heating element used for the heating of pipelines may, for example, be a heating conductor routed in the pipeline.
- the wall of the pipe is at least partially electrically conductive and the electrical resistance heating element is formed by the wall of the pipe.
- a heating conductor routed in the pipeline has the advantage, particularly in pipelines through which molten salts are melted, that in the case of solidification of the salt, the salt is uniformly melted and forms a channel along the heating conductor, through which the salt, the volume of which Melting increased, can drain.
- the electrical resistance heating element is formed by the wall of the pipeline, it is preferred if a metal strip coated with a layer of an electrically highly conductive material is electrically conductively attached to the wall of the pipeline for current introduction and the metal strip has a lug projecting away from the pipeline to which a power source can be connected.
- the heating conductor which is fastened radially to the pipeline, allows the current to be fed evenly over the circumference of the pipeline.
- the metal strip is preferably made of the same material as the pipeline.
- the coating with the electrically highly conductive material ensures a sufficiently small resistance for current introduction in order to minimize the heating of the metal strip.
- compensators are designed so that mechanical forces due to the linear expansion of the pipeline can be compensated.
- the adaptation conductor is particularly preferably a heating conductor, which can be constructed as described below.
- Salt melts are used in particular in solar power plants, such as parabolic trough power plants or Fresnel power plants as heat transfer.
- Pipelines in such power plants each have curvature-free sections with a length of at least up to 100 m, usually up to 600 m. Due to the large straight sections, it is possible to insert a heating element into the pipe without having to be guided around pipe bends.
- the heating conductor is arranged in the pipe acentric, wherein the distance of the heating element is greater at a downwardly extending pipe section with a maximum slope of 45 ° than upwards.
- the eccentric insertion of the heat conductor in the tube avoids that, when the thermal expansion of the heating conductor causes sagging areas of the heating conductor between two fastening points, the heating conductor touches the inner wall of the pipeline. Even in the case of sagging, it is necessary that the heat conductor has no loose direct contact with the inner wall of the pipe.
- fastening the heating element it is possible, for example, to guide it in eyelets in the pipeline through which the molten salt flows.
- the heating conductor runs centrally in the pipeline.
- the device of the invention is also suitable for all other piping systems with at least two pipes to be heated. Such pipes can for example be flowed through by a heat transfer medium.
- the device according to the invention is also suitable, for example, for pipelines through which crude oil is transported. Especially at low outside temperatures can be avoided so that the oil in the pipeline solidifies and blocks the pipeline.
- the device according to the invention can also be used in order to stabilize the temperature of a medium flowing through the pipeline in addition to an insulation, so as to avoid that the medium flowing through the pipe cools down.
- the device according to the invention can also be used to further heat a medium flowing through the pipeline.
- the use of the device according to the invention is particularly preferably in pipelines in solar power plants, in particular a frozen heat transfer medium, for example solar salt, after freezing, as it may occur at a standstill of the solar power plant to melt again.
- a frozen heat transfer medium for example solar salt
- the pipeline forms a heating loop in the solar power plant.
- the electrical heating element can also assume any other shape with which heating of the pipeline is possible.
- an outer heating conductor which bears against the outside of the pipe wall.
- the pipeline with an electrically conductive inner jacket or outer jacket, which acts as a heating element.
- the electrical heating element is particularly preferably a heating conductor located in the pipeline.
- the electrical heating conductor may be insulated and not insulated.
- the heating element electrically isolated.
- the temperature of the medium conducted in the pipeline must also be taken into account.
- the material for the electrical insulation of the heat conductor must be selected so that it is stable with respect to the temperatures occurring in the pipeline and in particular to the temperature of the electrical heating conductor.
- the heating element in the form of a pipe or a channel with an arbitrary cross-section and to provide the wall of the pipe or the channel with openings, through the molten salt into the interior of the in the form of a tube or channel designed heat conductor can be flowed and is transported inside the heat conductor to form the fastest possible time during the melting of the salt a channel through which the molten salt can flow.
- the heating element for example, as an annular knit or fabric. Also for this purpose, a cavity is formed in the interior of the fabric or knitted fabric, through which molten salt can already flow.
- the heating element is also possible for the heating element to have at least one U-shaped or V-shaped depression extending in the axial direction. In the depression, the salt will first melt so that the depression forms a channel through which the molten salt can flow.
- a heating conductor with more than one u-shaped or more than one V-shaped recess may, for example, have a star-shaped cross-section. It is also possible that such a heating conductor is designed, for example, in the form of a channel with a U-shaped cross section.
- a hollow body or a heating conductor having at least one U-shaped or V-shaped recess it is also possible, for example, to provide a solid electrical conductor, which is wrapped with a wire mesh.
- the molten salt may initially flow in the wire mesh before outside of the wire mesh has formed a surrounding the heating conductor channel.
- the heating element is a solid wire or designed in the form of a rope.
- the heating conductor may be formed of a material of good electrical conductivity, for example copper or aluminum, which is enclosed by a corrosion-resistant shell. This avoids that the highly electrically conductive material in the presence of salt, which flows through the pipe, corroded, whereby the heat carrier salt is contaminated and loses its thermal stability.
- a conventional conductor for example with current-carrying core and electrical insulation, as venezmosleiter, wherein in addition to the electrical insulation, a corrosion-resistant shell is applied.
- a protective metal shell as a corrosion-resistant shell can also serve as a return conductor for the current in this case.
- a Zietenelenan extract with insulated outer shell made of stainless steel is used. Such insulated heating conductors can also rest against the wall of the pipeline.
- the heating conductor can also be constructed of segments, in solar power plants, for example, one segment per receiver, which are electrically connected to each other during assembly, for example by screwing, welding or jamming.
- the design of segments also provides a concept for replacing a receiver within a series by cutting and reconnecting.
- the connections must be designed in such a way that permanently sufficiently low contact resistances are realized.
- the heating conductor When the heating conductor is in the form of a rope, one or more strands are twisted into a rope.
- the rope is preferably Holitzig.
- a gusset channel is created in the middle of the rope through which molten salt can flow and thus equalize the pressure.
- a spiral winding By twisting a rope with a strand a spiral winding can be made, which has a gusset channel in its center.
- Another advantage of using a rope is that the horizontal balance of thermal expansion can be facilitated.
- the individual tubes are preferably filled with a gas, for example air.
- the gas in the tubular strands increases buoyancy in the molten salt. This allows a reduction in the holding force required for fixing near the center of the tube springs.
- the tubular strands may have a circular cross section or a non-circular cross section. A non-circular cross section is, for example, an oval or an elliptical cross section.
- a non-circular cross-section it is possible that locally occurring increased pressures can be better elastically cushioned when melting the salt.
- the gusset cross-section is increased by non-circular cross-sections, thereby facilitating the pressure compensation flow in the gusset channel.
- tubes for forming the strands and to plate them for example by rolling.
- Another way to form a strand with a non-circular tube is a kidney-shaped cross-section. Due to the kidney-shaped cross-section, which is formed, for example, when squeezing stranded round tubes over a round mandrel, a particularly large Zwickelkanal between the strands is created. Since the strands are taken up in a molten salt, it is advantageous to anneal the mechanically deformed parts stress-free in order to minimize the risk of corrosive attacks.
- the pipeline When the pipeline is used as a pipeline in a solar field of a parabolic trough solar power plant or Fresnel power plant, the pipeline usually comprises an inner tube through which the molten salt flows and an outer shell made of glass. The space between the inner tube and the outer shell of glass is evacuated. The surface of the inner tube is usually designed so that it absorbs the solar radiation and thus warms up. The heat is then transferred from the inner tube to the heat transfer medium, which flows through the tubes. These areas are generally also called receivers.
- the pipes are usually U-shaped, wherein one leg of the pipe with an inlet and a second leg are connected to a drain.
- the legs of the pipeline extend without curvature over a distance of usually at least 100 m, preferably over at least 300 m.
- the two legs are connected to each other via a transverse piece of pipe.
- the molten salt then flows through an arc into the crosspiece and from the arc into the parallel, the second leg forming second pipeline.
- the pipe bends for flow deflection each have a pipe section which continues in the direction of the pipe, wherein the pipe section is closed with a closure and the heating element is guided through the closure of the pipe section. So that no voltage is transmitted to the pipeline during operation of the insulated heating conductor, the heating conductor is usually conducted with insulation through the closure of the pipeline. The insulation also serves as a seal.
- the closure of the pipe section can be designed, for example, as a blind flange. Also, any other lid that can withstand the pressure occurring in the piping can be used. However, a blind flange is preferred.
- a round rod is preferably attached to the end of the heat conductor.
- This can be connected, for example, by a welded connection, a screw connection or a clamping connection with the heating conductor and insulating or non-insulating with the pipeline.
- the connection must be designed so that the round rod is well connected electrically conductive with the heating element.
- the round rod for mounting, for example, electrically insulating or non-insulating out in a stuffing box construction and fastened.
- the stuffing box packing of the stuffing box construction is made electrically insulating.
- a gap between the round rod and the implementation of the heating element is achieved in the pipeline.
- a low voltage of up to 0.7 V can be applied across the gap. Despite the low voltage prevails in the gap and in the vicinity of the gap, a high electric field strength. This high electric field strength causes a flow of current to and over the pipe wall when the piping system is filled with electrically conductive molten salt.
- the electrical insulation can be constructed, for example, in the region of a stuffing box or in the region of a flat gasket. If a gasket is used, electrically insulated fittings should also be used.
- thermal insulating materials For example, it is possible in the area of the blind flange in the pipeline to take up a fiber material for thermal insulation.
- fiber material for example, a quartz fiber fabric can be used.
- the round rod, to which the heating conductor is attached, is guided through an electrically insulating and high-temperature-resistant sleeve, for example made of ceramic or silicon carbide.
- the first sleeve of ceramic or silicon carbide is followed by a second electrically insulating sleeve, which is no longer so high must be temperature resistant, on.
- the second sleeve As a material for the second sleeve is for example polytetrafluoroethylene (PTFE) or another high-temperature plastic.
- PTFE polytetrafluoroethylene
- the two electrically insulating sleeves are enclosed by a further sleeve, which ends in a flange.
- the flange is closed with electrical insulation with a second flange.
- a stuffing box is used, which is sealed with a seal. Due to the insulating materials used, the temperature in the area of the stuffing box is so low that the seal can be manufactured from a standard material.
- the heat conductor may produce only a small amount of heat in the introduction, so as not to jeopardize the formation of a temperature gradient. This can be achieved, for example, by virtue of the fact that the heating conductor has a lower electrical resistance in the region of its introduction into the pipeline than in the actual heating zone.
- the lower electrical resistance can be achieved, for example, in that the round rod into which the heating conductor opens is designed with a larger diameter than the heating conductor in the heating zone.
- the heating conductor can contain a particularly well electrically conductive material in order to avoid heating of the heating conductor in the region of the introduction into the pipeline.
- a suitable electrically highly conductive material is, for example, copper or aluminum.
- the heating conductor in the region of the introduction can be completely or partially made of the electrically highly conductive material.
- a rod with any other cross-section can also be used.
- a round bar is preferred.
- the inner conductor can not be installed in isolation in the piping system.
- the introduction is designed without any isolation measures. This is particularly advantageous if, for example, individual pipe sections of a solar loop are not connected to one another by flange connections, but are welded together. Then it is no longer possible to control the electrical resistance of the entire pipeline by insulating the individual pipe sections.
- the heating conductor is not electrically insulated from the pipe sections welded together, when a voltage is applied through the individual pipe sections and the inner conductor, currents are flowing whose ratio is proportional to the ratio of the conductivity of the pipe to the conductivity of the heating conductor. According to the ratio, heat is generated at the pipeline or at the heating conductor.
- the resistance of the heating element can be lowered so far and the conductivity can be increased so that the current sufficiently led into the inner conductor is concentrated and the heat on the guided inside the pipe heating element to an extent that the mecanicleiter is heated faster than the pipeline.
- Conducive for a faster heating of the inner conductor is that the pipe has a generally much higher mass and thus a significantly higher heat capacity than the inner conductor.
- the pipeline is to be electrically insulated from the equipment frame carrying the pipeline.
- the heat conductor is not damaged by the molten salt flowing through the pipeline, it is preferably made from a material resistant to corrosion compared to the salt used, in particular to nitrate.
- a corrosion-resistant casing If the heating conductor is manufactured from a corrosion-resistant material, then, in particular, stainless steel, for example steels of the type St 1.4571 and St 1.4541, but also St 1.4301 or nickel-based steels such as St 2. 4856, are suitable.
- a passivating, approximately 15 ⁇ m thick corrosion-inhibiting metal oxide / nitride layer first forms on the heating conductor, which counteracts the flow of current to a noticeable resistance.
- the resistance of the protective layer helps to control the potential of the heating conductor system. Even small electrical voltages can cause electrode processes on conductive salts that lead to corrosive erosion. The electrode processes can start at a certain threshold voltage.
- the corrosion-inhibiting protective layer causes overvoltage protection and thus increases the decomposition voltage of the system.
- the use of the heat conductor inside the pipeline allows the control of high melting points of the heat carrier used in the pipeline.
- salt mixtures containing sodium nitrate as the main component can be used.
- potassium deposits which can be used for the production of potash fertilizers, are largely spared.
- so-called "solar salt 60" contains 60% by weight of sodium nitrate and 40% by weight of potassium nitrate. The proportion of sodium nitrate in the salt can be increased to 80% by weight or even more than 90% by weight or more.
- the melting point of the salt accordingly increases from 235 ° C with a mixture of 40 wt .-% potassium nitrate and 60 wt .-% sodium nitrate to 273 ° C with a mixture of 80 wt .-% sodium nitrate and 20 wt .-% potassium nitrate and on 293 ° C with a mixture of 90 wt .-% sodium nitrate and 10 wt .-% potassium nitrate.
- the melting point is 306 ° C.
- FIG. 1 shows by way of example several mutually parallel pipelines with a central power supply.
- the electrical resistance heating element may be, for example, an electrically conductive wall of the pipeline to which a voltage is applied.
- a heating conductor can be used as an electrical resistance heating element. Such a heating conductor can run inside the pipe 1 or rest against the wall of the pipe 1 inside or outside.
- Each pipeline 1 has a first end 3 and a second end 5.
- a fluid for example a molten salt in a solar power plant or else oil or another liquid, can flow into the pipeline 1 through the first end 3.
- the fluid leaves the pipeline again.
- the first ends 3 of all pipes 1 are connected to the distributor and the second ends 5 of all pipes 1 are connected to the collector.
- the collector and the distributor can also be designed in the form of pipelines, the pipelines 1 each branching off from the collector or the distributor.
- each pipeline comprises an electrical resistance heating element extending from the first end 3 to the second end 5.
- the electrical resistance heating elements are all electrically connected to each other.
- the electrical resistance heating elements are each connected to a phase 7 of an AC power source 9.
- the number of phases 7 of the AC power source 9 corresponds to the in FIG. 1 If the number of phases 7 is smaller than the number of pipes 1, in each case as many pipes 1 are combined into one group, as the AC power source 9 has phases 7.
- each pipeline 1 of a group can be connected to a phase 7 of the AC power source 9.
- a further AC power source 9 is used for each additional group of pipes 1 then a further AC power source 9 is used.
- FIG. 2 Several pipelines are shown, which are each divided into several sections and each section is connected to a power supply.
- each section is constructed as the in FIG. 1 shown interconnection.
- the positions at which the electrical resistance heating elements are electrically conductively connected to one another in order for a potential to approach ground potential describe the end of a section and at the same time the beginning of a subsequent section. It is not necessary to electrically conductively connect the electrical resistance heating elements immediately adjacent to each other, once to define the end of a section and immediately adjacent to the beginning of a new section. In each case, a position at which a potential near the ground potential and a position at the current is fed in alternate with one another for the section-wise supply of current.
- the power supply in the middle between two positions at which a potential is set close to the ground potential.
- the power supply may also be outside the middle between two positions where a potential near ground potential occurs.
- the position at which the current is fed in depends on the resistance of the electrical resistance heating element and also on the desired heating power. If not heated homogeneously for example, the electricity is fed off-center. Due to the different lengths of the electrical resistance heating element between the power supply and the position at which sets a potential near the ground potential, resulting in different resistances and thus different heating capacities.
- the pipes can also take any other form.
- the pipelines in solar power plants, it is common for the pipelines to be U-shaped.
- each center in each leg to connect the running through the pipe 1 electrical resistance heating element to a power source and the electrical resistance heating both at the upper ends of the legs and in the region of the base of the U-shaped pipe electrically connect to each other, so that sets a potential near the ground potential both at the interconnected ends as well as in the base of the "U" forming the center of the pipeline.
- a DC power source can be used. In this case, however, only two electrical resistance heating elements can be connected to the respective poles of the DC power source. An electrical resistance heating element is connected to the positive pole of the DC power source and an electrical resistance heating element to the negative pole of the DC power source.
- FIG. 3 a pipeline loop is shown in a solar power plant, which is divided into two sections and in which power is fed into each section at two positions.
- each pipe 1 is formed in the form of a U-shaped pipe loop 11.
- the first end 3 of the pipe loop 11 is connected to a manifold 13 and the second end 5 of the pipe loop to a manifold 15.
- current is fed into each of the legs 17 of the pipe loop and both at the ends of the legs 17, where they are connected to the collector 13 and manifold 15 and at the opposite end of the legs 17, where this Forming the base of the "U", the electrical resistance heating elements are electrically connected to each other with low resistance, so that a potential is established near the ground potential.
- each leg 17 of the U-shaped pipeline forms a section 19, which in turn is divided into three sections, a first section 21 with a first resistor R1, a second section 23 with a second resistor R2 and a third section 25 with a third section Resistor R3.
- a power supply 27 is provided.
- an AC power source 9 is used, which is connected to a transformer 29.
- the transformer 29 is followed by a first switching device 31, e.g. a thyristor switching device, and a second switching device 33, which are in turn connected to each other with a changeover switch 35, so that either via the first switching device 31 current in the electrical resistance heating elements between the first sections 21 and the second sections 23 is fed or via the second switching device 33 current between the second sections 23 and the third sections 25 is fed.
- the respective electrical resistors R1 in the first sections 21, the respective electrical resistors R2 in the second sections 23 and the respective electrical resistors R3 in the third sections 25 are preferably the same size, so that cancel the phases at the low-resistance electrically conductive ends and a potential is set near the earth potential.
- the resistors R1, R2 and R3 can be of different sizes.
- a converter circuit is also possible.
- a floating potential difference is generated by the secondary-side ungrounded transformer 29, on the other hand an adaptation to the resistances of the electrical resistance heating elements is possible through it.
- FIG. 3 illustrated solar loop has six resistor sections in a paired arrangement with the resistors R1, R2 and R3.
- R1 has a much poorer isolation from R2 and R3.
- the switch in FIG. 3 be integrated into a temperature control, which sets the target temperature by varying the turn-on of phase 1 and phase 2.
- FIG. 4 An exemplary embodiment of a central power supply to an internal heating conductor of a pipeline is in FIG. 4 shown.
- leads 39 which are designed for example in the form of a stuffing box 41.
- additional strain relief devices for example in the form of hooks and eyes in the region of the feed point.
- FIGS. 5 and 6 is an arrangement with the high currents evenly distributed over the circumference can be fed into a piece of pipe shown.
- the wall of the pipeline forms the electrical resistance heating element.
- the high current injection assembly includes a metal strip 43 that is welded to a length of pipe 45.
- the metal strip 43 and the pipe section 45 are made of the same metal.
- the metal strip 43 has a length which is dimensioned so that after welding a flag 47 protrudes laterally from the tube. At the free end 49 of the flag 47 can then be made for example by means of a clamping device or screw not shown, an electrical connection.
- This arrangement has the advantage that the electrical connection is only slightly thermally stressed. A low thermal stress is achieved in particular by the fact that the length of the flag 47 and thus the distance to the pipe 1 are chosen large enough.
- the metal strip 43 is pulled as closely as possible on the pipe section 45 and welded to the pipe section 45. Further improvement in contact can be achieved, for example, by incorporating contact-improving materials, such as solder materials, between tubing 45 and metal strip 43.
- the metal strip 43 is made of the same material as the pipeline, for example of stainless steel, this has a comparatively poor electrical conductivity.
- a layer 51 made of an electrically highly conductive material for example copper.
- the method for applying the layer 51 must be suitable for applying a thick electrically conductive layer.
- the layer 51 can be applied to the metal strip 43, for example by plating, in particular explosive plating.
- the thickness of the metal strip 43 and the layer 51 of electrically highly conductive material depend in particular on the required electric current. Thus, for example, is suitable for feeding a 1000 A electrical current of about 20 mm wide and 3 mm thick metal strip 43, which is coated with a 3 mm thick layer 51 of copper.
- the pipe section 45 By pulling the metal strip 43 forces are entered into the pipe section 45. To exclude an impermissible deformation, it is therefore necessary, the pipe section 45 sufficiently stable, that is to produce with a sufficiently large wall thickness. In the case of thin-walled pipe sections, the stability can be achieved, for example, by flipping a steel strip to form a reinforced area 53.
- FIG. 7 is a connection of two pipe elements, which are used as resistance heating elements shown.
- a good approximation to these conditions is achieved when a compensator 57 is used in the form of a corrugated tube and in this case the wall thickness of the Kompensatorbälge 61 corresponds to the pipeline. In this case, it must furthermore be taken into consideration that the electrical resistance of the compensator 57 tends to increase as a result of the corrugation of the compensator bellows 61. If necessary, expansion joints not based on corrugated pipes can not be integrated into the Joule heating system at all. Also, mechanical requirements on the compensator 57 can greatly complicate the setting of a suitable electrical resistance.
- the matching conductor 63 With the matching conductor 63, the electrical resistance of the compensator 57 can be adjusted to the value of the remaining pipeline without significantly changing its mechanical properties.
- Possible adaptation parameters are, for example, thickness, length and material of the matching conductor 63.
- the matching conductor 63 it is possible to use all the compensators those that are not based on corrugated pipes, be included in a Joule heating circuit. Besides only one adaptation conductor 63, it is also possible to use a plurality of adaptation conductors 63.
- the electrical currents from the matching conductors are introduced into the pipeline at one point.
- metal strips 65 with low electrical resistance can be used, which are drawn around the pipe 1 and welded.
- copper-plated stainless steel strips can be used for this purpose.
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Beheizung einer Rohrleitung, umfassend ein elektrisches Widerstandsheizelement, das sich entlang eines Rohres erstreckt. Das elektrische Widerstandsheizelement kann aus der Rohrleitung selbst gebildet werden, aber auch zusätzliche Heizelemente z.B. in Form eines Innenheizleiters enthalten, die an ihren Enden an eine Spannungsquelle elektrisch angeschlossen sind.
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Eine Vorrichtung zur Beheizung von Rohrleitungen wird zum Beispiel in linear konzentrierenden Solarkraftwerken, insbesondere Parabolrinnen-Solarkraftwerken oder Fresnel-Kraftwerken, benötigt, in denen Rohrleitungen von einer Salzschmelze durchströmt werden. In solchen Solarkraftwerken sind die Rohrleitungen zu Netzwerken geschaltet, die der Erfassung solarer Energie im Solarkraftwerk dienen. In derartigen Netzwerken wird die Strahlungsenergie der Sonne mittels Spiegel auf speziell thermisch isolierte Rohrleitungen konzentriert. Die Rohrleitungen werden aus in Reihe geschalteten Kollektoren gebildet. Ein Kollektor umfasst ein Spiegelsystem, das die Strahlungsenergie der Sonne auf einen Rohrleitungsabschnitt, einem sogenannten Receiver, konzentriert.A device for heating pipelines is required, for example, in linearly concentrating solar power plants, in particular parabolic trough solar power plants or Fresnel power plants, in which pipes are flowed through by a salt melt. In such solar power plants, the pipelines are connected to networks that serve to record solar energy in the solar power plant. In such networks, the radiant energy of the sun is concentrated by means of mirrors on specially thermally insulated pipelines. The pipelines are formed by series connected collectors. A collector comprises a mirror system that concentrates the radiation energy of the sun on a pipe section, a so-called receiver.
Ein anderes Anwendungsbeispiel für Rohrleitungen, die vorteilhafterweise beheizt werden, sind Pipelines, durch die über lange Strecken Schmelzen gefördert werden, zum Beispiel Pipelines für flüssigen Schwefel.Another application example of pipelines that are advantageously heated are pipelines that are used to convey melts over long distances, such as liquid sulfur pipelines.
In Solarkraftwerken wird die von den Receivern erfasste Strahlungsenergie auf eine Wärmeträgerflüssigkeit übertragen. Derzeit wird als Wärmeträgerflüssigkeit insbesondere ein Biphenyl/Diphenylether-Gemisch eingesetzt, das jedoch durch seine Zersetzungstemperatur von ca. 400 °C in seiner maximalen Betriebstemperatur begrenzt ist. Um höhere Betriebstemperaturen zu erhalten, die einen höheren Wirkungsgrad ermöglichen, sind andere Wärmeträgerflüssigkeiten erforderlich. Hierzu werden insbesondere Salzschmelzen, insbesondere Nitrat-/Nitritsalzschmelzen, beispielsweise sogenanntes Solarsalz 60, ein Gemisch aus Natriumnitrat und Kaliumnitrat im Verhältnis von 60:40 eingesetzt.In solar power plants, the radiation energy detected by the receivers is transferred to a heat transfer fluid. Currently, a biphenyl / diphenyl ether mixture is used as the heat transfer fluid in particular, but limited by its decomposition temperature of about 400 ° C in its maximum operating temperature. In order to obtain higher operating temperatures, which allow a higher efficiency, other heat transfer fluids are required. For this purpose, in particular molten salts, in particular nitrate / Nitritsalzschmelzen, for example, so-called solar salt 60, a mixture of sodium nitrate and potassium nitrate in a ratio of 60:40 used.
Ein Nachteil der Salzschmelzen ist jedoch deren hohe Schmelztemperatur. Eine Natrium-/Kaliumnitratmischung schmilzt zum Beispiel im Eutektikum, das heißt bei einem Mischungsverhältnis von 56:44 bei einer Temperatur von 218 °C. In langen Rohrleitungsnetzwerken, wie sie in Solarkraftwerken auftreten, sind Salzschmelzen mit hohen Schmelzpunkten schwierig sicher zu betreiben. Das Einfrieren der Salzschmelze kann in Rohrleitungssystemen große wirtschaftliche Schäden verursachen. Ursache der Schäden ist zum Beispiel die starke Volumenausdehnung von Salzschmelzen beim Aufschmelzen. Es besteht die Gefahr, dass Armaturen und Rohrleitungen aufgedrückt und stark beschädigt werden.However, a disadvantage of salt melts is their high melting temperature. A sodium / potassium nitrate mixture, for example, melts in the eutectic, that is, at a mixing ratio of 56:44 at a temperature of 218 ° C. In long pipeline networks, such as occur in solar power plants, molten salts with high melting points are difficult to operate safely. Freezing the molten salt can cause great economic damage in piping systems. The cause of the damage is, for example, the strong volume expansion of molten salts during melting. There is a risk that fittings and pipelines are pressed open and severely damaged.
Um ein Einfrieren der Salzschmelze zu verhindern, ist es derzeit üblich, bei langer Betriebsunterbrechung des Solarkraftwerkes das Rohrleitungssystem zu entleeren. Alternativ ist es auch möglich, das Rohrleitungssystem übergangsweise zu beheizen. Hierzu kann zum Beispiel elektrische Energie eingesetzt werden oder Wärme aus verfügbaren Wärmespeichern genutzt werden. Wenn Wärme aus verfügbaren Wärmespeichern genutzt wird, wird üblicherweise eine heiße Wärmeträgerflüssigkeit durch das Rohrleitungssystem gepumpt. Diese Verfahren haben den Nachteil, dass dazu erhebliche Mengen an Energie in Form von elektrischer Energie beziehungsweise in Form von Wärmeenergie aufgebracht werden müssen.In order to prevent the molten salt from freezing, it is currently customary to empty the pipeline system during a long shutdown of the solar power plant. Alternatively, it is also possible to temporarily heat the piping system. For this example, electrical energy can be used or heat from available heat storage can be used. When heat is used from available heat accumulators, usually a hot heat transfer fluid is pumped through the piping system. These methods have the disadvantage that for this significant amounts of energy in the form of electrical energy or in the form of heat energy must be applied.
Wenn für Rohrleitungen eine elektrische Beheizung vorgesehen ist, so wird diese derzeit üblicherweise durch Beilegen hoch temperaturbeständiger mineralisolierter elektrischer Heizleiter realisiert. Bei Solarreceivern, wie sie in Parabolrinnen-Solarkraftwerken eingesetzt werden, kann diese Technik jedoch nicht angewendet werden, da die einzelnen Receiver durch einen evakuierten Glasmantel sehr gut gegen die Umgebung und damit auch gegen einen beigelegten Mineral-isolierten Hochtemperatur-Heizleiter thermisch isoliert sind. Derzeit werden Receiver deshalb dadurch elektrisch beheizt, dass das Rohrleitungssystem selbst bei niedriger Spannung mit einer hohen Stromstärke beaufschlagt wird. Dieses Verfahren wird auch Joulesche Heizung oder Impedanzheizung genannt. Dies hat jedoch den Nachteil, dass an den Rohrleitungsverbindern unterschiedlich hohe Übergangswiderstände oder thermische Verluste auftreten können. An den Stellen mit einem hohen Widerstand tritt eine stärkere Erwärmung auf. Es besteht die Gefahr einer ungleichmäßigen Beheizung und einer lokalen Unterschreitung der Schmelztemperatur des als Wärmeträger eingesetzten Salzes. Diese Schwierigkeiten können durch Beilegen eines gegen die umhüllende Rohrleitung nicht isolierten Innenheizleiters mit über die ganze Heizstrecke konstantem elektrischem Widerstand gelöst werden, der an beiden Enden elektrisch mit der Rohrleitung verbunden ist.If an electrical heating is provided for pipelines, then this is currently usually realized by Beilegen high temperature resistant mineral-insulated electrical heating element. However, this technology can not be used with solar receivers, as used in parabolic trough solar power plants, since the individual receivers are thermally insulated against the environment and thus also against an enclosed mineral-insulated high-temperature heating conductor by an evacuated glass jacket. At present, receivers are therefore electrically heated by the fact that the pipeline system is subjected to a high current even at low voltage. This method is also called Joule heating or impedance heating. However, this has the disadvantage that different high contact resistances or thermal losses can occur at the pipe connectors. In the places with a high resistance, a stronger warming occurs. There is a risk of uneven heating and a local undershooting of the melting temperature of the salt used as a heat transfer medium. These difficulties can be solved by adding an internal heating conductor which is not insulated against the enveloping pipe with an electrical resistance which is constant over the entire heating path and which is electrically connected to the pipe at both ends.
Wird über eine Joulesche Heizungsstrecke oder über einen nicht isolierten Innenheizleiter eine Spannung angelegt, muss ein separater elektrischer Leiter parallel zur Rohrleitung verlegt werden, um den Stromkreis zu schließen. Eine denkbare Stromführung über den Untergrund kann in der Regel die zum Heizen notwendig hohen Stromstärken nicht tragen. Die elektrischen Widerstände des Bodens sind erwartungsgemäß so hoch, dass die Heizleistung an der zu beheizenden Rohrleitung bis zur vollständigen Funktionslosigkeit geschwächt wird. Dieses wirkt sich besonders stark bei langen Rohrleitungen mit Längen von mehr als 100 m aus.If a voltage is applied via a Joule heating system or via a non-insulated internal heating conductor, a separate electrical conductor must be laid parallel to the pipe to close the circuit. A conceivable power supply over the ground can not usually carry the necessary high currents for heating. As expected, the electrical resistances of the floor are so high that the heating power at the pipeline to be heated is weakened until it is completely non-functional. This has a particularly strong effect on long pipelines with lengths of more than 100 m.
Ein Rohrleitungsabschnitt ist im allgemeinen Teil eines größeren Rohrleitungsnetzwerkes. Dieses angeschlossene Netzwerk liegt natürlicherweise auf einem erdnahen Potential, Erdpotential genannt, da das Rohrleitungsnetzwerk einer verfahrenstechnischen Anlage üblicherweise über viele niederohmige Verbindungen zum Potential der Umgebung verfügt. Damit keine wirksamen parasitären Stromflüsse zwischen dem Rohrleitungsnetzwerk und dem beheizten Rohrleitungsabschnitt auftreten, müssen die beiden Enden des Rohrleitungsabschnittes auf dem elektrischen Potential des Rohrleitungsnetzwerkes, dem Erdpotential, liegen. Geschmolzene Salze weisen üblicherweise eine gute elektrische Leitfähigkeit auf. Deshalb ist es nicht möglich, einen parasitären Stromfluss durch gegenseitige elektrische Isolation von Rohrleitungssegmenten zu verhindern. Die Wärmeträgersalzschmelze würde den elektrischen Strom über die Isolation hinweg führen.A pipeline section is generally part of a larger pipeline network. This connected network is naturally at a near-ground potential, called ground potential, since the piping network of a process plant usually has many low-resistance connections to the potential of the environment. So that no effective parasitic current flows between the piping network and the heated pipe section occur, the two ends of the pipe section must be at the electrical potential of the pipeline network, the ground potential. Molten salts usually have good electrical conductivity. Therefore, it is not possible to parasitic current flow through mutual electrical isolation of pipe segments prevent. The heat carrier salt melt would conduct the electrical current across the insulation.
Es ist üblich, in linear konzentrierenden Solarkraftwerken Rohrleitungsabschnitte so zu bilden, dass sie in Form nebeneinander liegender Schleifen angeordnet sind. Dabei kann die Beschaltung des elektrischen Heizelementes so angeordnet sein, dass der schleifenförmige Rohrleitungsabschnitt an den Verbindungen zum Rohrleitungsnetzwerk der Anlage auf Erdpotential gelegt und mit einem Pol einer Stromquelle an der Stelle der Schleifenumkehr verbunden wird. Der zweite Pol der Spannungquelle wird über eine niederohmige Rückleitungsstrecke mit dem geerdeten Ende des Heizelements verbunden. Durch Einsatz dieser Rückleitungsstrecke wird ein unkontrolliertes Abfließen von Strom in die Umgebung vermieden und die volle Funktion des Heizleiters sichergestellt.It is customary to form pipeline sections in linearly concentrating solar power plants in such a way that they are arranged in the form of juxtaposed loops. In this case, the wiring of the electrical heating element may be arranged so that the loop-shaped pipe section is connected to ground at the connections to the pipe network of the plant and connected to a pole of a power source at the point of loop reversal. The second pole of the voltage source is connected via a low-impedance return path to the grounded end of the heating element. By using this return path an uncontrolled flow of electricity is avoided in the environment and ensures the full function of the heating element.
Bei langen Rohrleitungsschleifen sind allerdings solche Rückleitungsstrecken nachteilig. Um eine ausreichend hohe Leitfähigkeit der Rückleitungsstrecke zu erreichen, sind Leitungen mit einem großen Querschnitt, beispielsweise dicke Kupferkabel oder Kupferschienen, erforderlich.With long pipe loops, however, such return lines are disadvantageous. In order to achieve a sufficiently high conductivity of the return path, lines with a large cross-section, such as thick copper cables or copper bars, are required.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Ressourcenverbrauch, insbesondere den Kupferverbrauch, bei der Erstellung von Heizsystemen dadurch zu mindern, dass auf eine Rückleitungsstrecke vollständig bei vollem Erhalt der Heizfunktion verzichtet werden kann.The object of the present invention is to reduce the consumption of resources, in particular the consumption of copper, in the creation of heating systems in that it is possible to completely dispense with a return path with full preservation of the heating function.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Beheizung eines Rohrleitungssystems, umfassend mindestens zwei Rohrleitungen, entlang denen sich jeweils ein elektrisches Widerstandsheizelement erstreckt, wobei sich an jedem Widerstandsheizelement an mindestens einem Ende ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt und an einer von diesem Ende entfernt liegenden Position mit einem Pol einer Gleichstromquelle oder mit jeweils einer Phase einer n-phasigen Wechselstromquelle verbunden ist, wobei bei Einsatz einer n-phasigen Wechselstromquelle n eine ganze Zahl gleich oder größer als 2 ist.This object is achieved by a device for heating a pipeline system comprising at least two pipes, along each of which extends an electrical resistance heating element, wherein adjusts a potential near ground potential at each of at least one resistance heating element and at a position remote from this end position is connected to a pole of a DC power source or each having a phase of an n-phase AC power source, wherein when using an n-phase AC power source n is an integer equal to or greater than 2.
Wird die von den Stromquellen erzeugte Potentialdifferenz schwebend erzeugt, führt der Kontakt mit der Anlage am Schleifenbeginn dort zu einem Potential, das fast dem der Erde entspricht. Schwebende Potentialdifferenzen von Stromquellen können beispielsweise leicht mittels auf der Sekundärseite ungeerdeten Transformatoren gebildet werden.If the potential difference generated by the current sources is generated floating, the contact with the system at the start of the loop there leads to a potential which is almost equal to that of the earth. Floating potential differences of current sources can easily be formed, for example, by means of transformers ungrounded on the secondary side.
Ein Potential nahe dem Erdpotential bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Potential, das sich einstellt, wenn ein elektrischer Leiter geerdet wird oder alternativ ein Potential, das sich einstellt, wenn zwei entgegen gerichtete Phasen mit gleichem Betrag der Stromstärke und Spannung in einem elektrischen Leiter aufeinandertreffen und sich auf diese Weise aufheben oder wenn in einem elektrischen Leiter ein positiver und ein negativer Anteil einer Gleichspannung mit gleichem Betrag der Spannung und Stromstärke aufeinandertreffen und sich auf diese Weise gegenseitig in einem Sternpunkt aufheben. Die Schaltung entspricht demnach einer doppelten Sternschaltung. Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass ein elektrisches Widerstandsheizelement mit einer Phase einer Wechselstromquelle und ein zweites elektrisches Widerstandsheizelement mit einer zweiten Phase der Wechselstromquelle, die der ersten Phase entgegengerichtet ist, verbunden werden und die beiden elektrischen Widerstandsheizelemente an ihren Enden elektrisch miteinander verbunden werden. Alternativ können entsprechend auch ein elektrisches Widerstandsheizelement mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle und das zweite elektrische Widerstandsheizelement mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden werden. An der elektrischen Verbindung der elektrischen Widerstandsheizelemente an einem dem Stromanschluss entfernten Ende wird der Stromkreis geschlossen und an der elektrischen Verbindung der Enden der elektrischen Widerstandsheizelemente heben sich die in die elektrischen Widerstandsheizelemente eingespeisten Potentiale auf. Auf diese Weise stellt sich an einem Ende der elektrischen Widerstandsheizelemente ein Potential nahe dem Erdpotential ein, ohne dass die elektrischen Widerstandsheizelemente geerdet werden.In the context of the present invention, a potential near the ground potential means a potential which is established when an electrical conductor is grounded or, alternatively, a potential which is established when two oppositely directed phases with the same magnitude of current and voltage meet in an electrical conductor and cancel each other out in this way, or when in an electrical conductor, a positive and a negative portion of a DC voltage with the same amount of voltage and current meet and thus cancel each other in a neutral point. The circuit therefore corresponds to a double star connection. This can be achieved, for example, by providing an electrical resistance heating element with one phase of an AC source and a second one electrical resistance heating element to a second phase of the AC power source, which is opposite to the first phase, are connected, and the two electrical resistance heating elements are electrically connected together at their ends. Alternatively, accordingly, an electrical resistance heating element to the positive pole of a DC voltage source and the second electrical resistance heating element to the negative pole of the DC voltage source can be connected. At the electrical connection of the electrical resistance heating elements at an end remote from the power connection, the circuit is closed and at the electrical connection of the ends of the electrical resistance heating elements, the potentials fed into the electrical resistance heating elements cancel each other out. In this way, a potential near the ground potential is established at one end of the electrical resistance heating elements, without the electrical resistance heating elements being grounded.
Die Verbindung des elektrischen Widerstandsheizelements mit einer Phase einer Wechselstromquelle oder einem Pol einer Gleichstromquelle kann an einem Ende des elektrischen Widerstandsheizelements erfolgen oder an einer beliebigen Position zwischen den beiden Enden des elektrischen Widerstandsheizelements. Bevorzugt ist es, wenn sich am elektrischen Widerstandsheizelement an beiden Enden ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt und das Widerstandsheizelement zwischen den Enden mit dem Pol der Gleichstromquelle oder der Phase der Wechselstromquelle verbunden ist. Die Position, an der das elektrische Widerstandsheizelement mit dem Pol der Gleichstromquelle oder der Phase der Wechselstromquelle verbunden ist, ist abhängig von den Widerständen des elektrischen Widerstandsheizelement und der gewünschten Heizaufgabe. Der Widerstand des elektrischen Widerstandsheizelements lässt sich zum Beispiel durch die Verwendung unterschiedlich elektrisch leitfähiger Materialien oder verschiedene Leitungsquerschnitte realisieren. Wenn sich aufgrund von Fertigungstoleranzen über die Länge des elektrischen Widerstandsheizelements unterschiedliche Widerstände ergeben, aber überall die gleiche Heizleistung abgegeben werden soll, kann sich auch hierdurch eine Position des Anschlusses ergeben, die nicht in der Mitte des elektrischen Widerstandsheizelements liegt. Alternativ wird eine außermittige Position des Anschlusses zum Beispiel dann gewählt, wenn in einem Bereich der zu beheizenden Rohrleitung eine höhere Heizleistung erforderlich ist als in einem anderen Teil der Rohrleitung, zum Beispiel infolge einer in einem Bereich schlechteren Isolierung. Eine Erhöhung der Heizleistung bei gleichbleibendem Leitungsquerschnitt wird in diesem Fall durch Verkürzung der Strecke zwischen Anschluss des Pols der Gleichstromquelle oder der Phase der Wechselstromquelle und dem Ende, an dem sich ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt, erreicht werden.The connection of the electrical resistance heating element to a phase of an AC power source or a pole of a DC power source may be at one end of the electrical resistance heating element or at any position between the two ends of the electrical resistance heating element. It is preferable if the electric resistance heating element at both ends, a potential near the ground potential sets and the resistance heating element between the ends to the pole of the DC power source or the phase of the AC power source is connected. The position at which the electrical resistance heating element is connected to the pole of the DC power source or the phase of the AC power source is dependent on the resistances of the electrical resistance heating element and the desired heating task. The resistance of the electrical resistance heating element can be realized, for example, by the use of electrically conductive materials of different conductivity or different conductor cross sections. If different resistances result due to manufacturing tolerances over the length of the electrical resistance heating element, but everywhere the same heating power is to be delivered, this can also result in a position of the connection which is not in the middle of the electrical resistance heating element. Alternatively, an off-center position of the connection is chosen, for example, if a higher heating power is required in one region of the pipeline to be heated than in another part of the pipeline, for example as a result of poorer insulation in a region. In this case, an increase in the heat output with a constant line cross section is achieved by shortening the distance between the connection of the pole of the DC source or the phase of the AC source and the end at which a potential approaches the ground potential.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist jedes elektrische Widerstandsheizelement in mindestens zwei Abschnitte geteilt, wobei sich an den Enden jedes Abschnitts ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt und zwischen den Enden ein Pol einer Gleichstromquelle oder eine Phase einer Wechselstromquelle angeschlossen ist, wobei jeweils die Enden sämtlicher Abschnitte, die aus einer Gleichstromquelle oder einer n-phasigen Wechselstromquelle gespeist werden, elektrisch niederohmig, das heißt mit einem Widerstand, der deutlich kleiner ist als der Widerstand der Rohrleitung, miteinander verbunden sind. Durch die elektrische Verbindung der Enden sämtlicher Abschnitte, die aus einer Gleichstromquelle oder einer n-phasigen Wechselstromquelle gespeist werden, wird erreicht, dass sich die einzelnen Ströme in den jeweiligen elektrischen Widerstandsheizelementen gegenseitig aufheben. Insbesondere bei Verwendung einer Wechselstromquelle mit einer ungeraden Anzahl an Phasen, wo es nicht möglich ist, zwei um 180° versetzte Phasen in zwei miteinander an einem Ende verbundene elektrische Widerstandsheizelemente einzuspeisen, wird durch die elektrische Verbindung der Enden der elektrischen Widerstandsheizelemente, die von einer Wechselstromquelle gespeist werden, erreicht, dass sich die Phasen der Wechselstromquelle durch die elektrische Verbindung gegenseitig aufheben und sich an den Enden der elektrischen Widerstandsheizelemente auf diese Weise ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt.In a preferred embodiment, each electrical resistance heating element is divided into at least two sections, with a potential near ground potential at the ends of each section, and a pole of a DC source or phase of an AC source connected between the ends, with the ends of all the sections, which are fed from a DC power source or an n-phase AC power source, electrically low impedance, that is, with a resistance that is significantly smaller than the resistance of the pipeline, connected together. By the electrical connection of the ends of all the sections fed from a DC source or an N-phase AC source, it is achieved that the individual currents in the respective electrical resistance heating elements cancel each other out. In particular, when using an alternating current source with an odd number of phases, where it is not possible to feed two phases offset by 180 ° in two connected together at one end electrical resistance heating elements, by the electrical connection of the ends of the electrical resistance heating elements, that of an AC power source be reached, that the phases of the AC power source cancel each other by the electrical connection and set at the ends of the electrical resistance heating in this way a potential near the ground potential.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird jeder Abschnitt aus mindestens zwei Stromquellen gespeist, wobei jede Stromquelle eine Gleichstromquelle oder eine Wechselstromquelle sein kann und die Stromquellen jeweils an verschiedenen Positionen am elektrischen Widerstandsheizelement angeschlossen sind. Ein Vorteil der Nutzung mehrerer Stromquellen ist, dass zwischen den Stromquellen unterschiedliche Streckenlängen des elektrischen Widerstandsheizelements und damit individuelle Heizleistungen für die einzelnen Streckenabschnitte realisiert werden können.In one embodiment of the invention, each section is powered by at least two power sources, each power source may be a DC power source or an AC power source, and the power sources are each connected at different positions on the electrical resistance heating element. An advantage of using multiple power sources is that between the power sources different lengths of the electrical resistance heating element and thus individual heating power for the individual sections can be realized.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden die Gleichstromquelle oder die Phase einer Wechselstromquelle schwebend erzeugt, das heißt, dass an der Spannungsquelle nur eine Spannungsdifferenz aber kein absolutes Potential angelegt wird. Ist das Eigenpotential aller Stromquellen schwebend, ist es grundsätzlich möglich, miteinander elektrisch verbundene Stromquellen gleichzeitig zu betreiben. Bei Wechselspannungen sind allerdings störende Kopplungen über die Induktivität der Stromkreise möglich. Insbesondere, wenn unterschiedliche Streckenlängen und individuelle Heizleistungen eingestellt werden sollen, ist es möglich, dass mindestens eine Stromquelle, aus der der Abschnitt gespeist wird, eine Gleichstromquelle und mindestens eine Stromquelle eine Wechselstromquelle ist. Dies hat den Vorteil, dass beide Stromquellen gleichzeitig betrieben werden können. In Abhängigkeit von der Position der Stromquellen lassen sich auf diese Weise individuelle Heizleistungen in den jeweiligen Teilabschnitten zwischen den Stromquellen beziehungsweise zwischen einem Ende, an dem sich ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt, und einer benachbarten Stromquelle einstellen. Das Risiko einer störenden Kopplung der Stromkreise wird auch verringert, wenn alle Stromquellen Wechselstromquellen sind, die mit deutlich unterschiedlichen Frequenzen oder gegeneinander verschobenen Phasen betrieben werdenIn one embodiment of the invention, the DC source or the phase of an AC source are generated in a floating manner, that is to say that only a voltage difference but not an absolute potential is applied to the voltage source. If the self-potential of all power sources is floating, it is basically possible to operate electrically connected power sources at the same time. At alternating voltages, however, interfering couplings via the inductance of the circuits are possible. In particular, if different lengths of track and individual heating powers are to be set, it is possible that at least one power source from which the section is fed is a DC power source and at least one power source is an AC power source. This has the advantage that both power sources can be operated simultaneously. Depending on the position of the current sources can be adjusted in this way individual heating power in the respective sections between the power sources or between an end at which sets a potential near the ground potential, and an adjacent power source. The risk of circuit interference is also reduced if all power sources are AC power sources operating at significantly different frequencies or phases shifted from each other
Neben dem gleichzeitigen Betrieb der Stromquellen ist es auch möglich, die Stromquellen alternierend zu betreiben. In diesem Fall wird jeweils nur von einer Stromquelle Strom in den jeweiligen Abschnitt eingespeist. Der alternierende Betrieb ist immer möglich, auch dann, wenn alle Stromquellen Wechselstromquellen oder alle Stromquellen Gleichstromquellen sind. Wenn alle Stromquellen Wechselstromquellen sind, braucht bei einem alternierenden Betrieb auch nicht darauf geachtet werden, dass der Strom mit gegeneinander verschobener Phase oder mit unterschiedlichen Frequenzen eingespeist wird. Da jeweils nur eine Stromquelle Strom einspeist, können sich innerhalb des Abschnitts auch keine Ströme unterschiedlicher Stromquellen gegenseitig beeinflussen. Selbstverständlich ist es auch bei alternierendem Betrieb möglich, Wechselstromquellen einzusetzen, die mit gegeneinander verschobenen Phasen oder unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden.In addition to the simultaneous operation of the power sources, it is also possible to operate the power sources alternately. In this case, only one power source supplies power to each section. Alternating operation is always possible, even if all power sources are AC power sources or all power sources are DC power sources. If all power sources are AC sources, care must also be taken in an alternating operation, that the current with mutually shifted phase or with different frequencies is fed. Since only one power source feeds electricity at a time, Within the section, no currents from different power sources can influence each other. Of course, it is also possible in alternating operation to use AC sources that are operated with mutually shifted phases or different frequencies.
Wenn die Anzahl der zu beheizenden Rohrleitungen größer ist als die Anzahl der Pole der Gleichstromquelle oder die Anzahl der Phasen der Wechselstromquelle, ist es möglich, dass bei Einsatz von Gleichstromquellen bei einer Anzahl an Rohrleitungen größer als zwei jeweils zwei Rohrleitungen zu einer Gruppe zusammengefasst werden, deren elektrische Widerstandsheizelemente mit den Polen einer Gleichstromquelle verbunden werden oder bei Einsatz von n-phasigen Wechselstromquellen bei einer Anzahl an Rohrleitungen größer als n jeweils n Rohrleitungen zu einer Gruppe zusammengefasst werden, deren elektrische Widerstandsheizelemente mit den Phasen einer Wechselstromquelle verbunden werden.If the number of pipes to be heated is greater than the number of poles of the DC source or the number of phases of the AC source, it is possible that when using DC sources in a number of pipelines greater than two each two pipes are grouped together, whose electrical resistance heating elements are connected to the poles of a DC power source or, in the case of n-phase alternating current sources in a number of pipelines greater than n, n pipelines each are combined into a group whose electrical resistance heating elements are connected to the phases of an AC power source.
Eine n-phasige Wechselstromquelle kann zum Beispiel realisiert werden, indem die mehrpoligen Einspeisungen aus Umrichter- oder Thyristorschaltungen gebildet werden. Eine Anpassung an den Widerstand der Rohrleitungen ermöglichen Transformatoren mit passendem Übersetzungsverhältnis.For example, an n-phase AC power source can be realized by forming the multipole feeds from inverter or thyristor circuits. An adaptation to the resistance of the piping enables transformers with matching transmission ratio.
Wenn ein Rohrleitungsbündel mehrere Beheizungsabschnitte aufweist, ist es mit Hilfe elektronischer Schaltgeräte möglich, den Beheizungsabschnitten unterschiedliche Spannungsmuster aufzulegen, wobei Spannungshöhe, Spannungsdauer und Frequenz für jeden Beheizungsabschnitt anders gewählt werden können.When a pipe bundle has multiple heating sections, it is possible with the aid of electronic switching devices to apply different voltage patterns to the heating sections, whereby the voltage level, voltage duration and frequency can be chosen differently for each heating section.
Das für die Beheizung von Rohrleitungen eingesetzte elektrische Widerstandsheizelement kann zum Beispiel ein in der Rohrleitung geführter Heizleiter sein. Alternativ ist es auch möglich, dass die Wandung der Rohrleitung zumindest teilweise elektrisch leitend ist und das elektrische Widerstandsheizelement von der Wandung der Rohrleitung gebildet wird.The electrical resistance heating element used for the heating of pipelines may, for example, be a heating conductor routed in the pipeline. Alternatively, it is also possible that the wall of the pipe is at least partially electrically conductive and the electrical resistance heating element is formed by the wall of the pipe.
Ein in der Rohrleitung geführter Heizleiter hat insbesondere in Rohrleitungen, durch die Salzschmelzen geführt werden, den Vorteil, dass im Falle einer Erstarrung des Salzes das Salz gleichmäßig aufgeschmolzen wird und sich entlang des Heizleiters ein Kanal bildet, durch den das Salz, dessen Volumen sich beim Schmelzen vergrößert, abfließen kann.A heating conductor routed in the pipeline has the advantage, particularly in pipelines through which molten salts are melted, that in the case of solidification of the salt, the salt is uniformly melted and forms a channel along the heating conductor, through which the salt, the volume of which Melting increased, can drain.
Wenn das elektrische Widerstandsheizelement von der Wandung der Rohrleitung gebildet wird, ist bevorzugt, wenn zur Stromeinleitung ein mit einer Schicht aus einem elektrisch gut leitenden Material beschichteter Metallstreifen radial an der Wandung der Rohrleitung elektrisch leitend befestigt wird und der Metallstreifen eine von der Rohrleitung wegstehende Fahne aufweist, an der eine Stromquelle angeschlossen werden kann. Durch den radial an der Rohrleitung befestigten Heizleiter kann der Strom gleichmäßig über den Umfang der Rohrleitung eingespeist werden.If the electrical resistance heating element is formed by the wall of the pipeline, it is preferred if a metal strip coated with a layer of an electrically highly conductive material is electrically conductively attached to the wall of the pipeline for current introduction and the metal strip has a lug projecting away from the pipeline to which a power source can be connected. The heating conductor, which is fastened radially to the pipeline, allows the current to be fed evenly over the circumference of the pipeline.
Der Metallstreifen wird vorzugsweise aus dem gleichen Material gefertigt, wie die Rohrleitung. Insbesondere dann, wenn die Rohrleitung und damit auch der Metallstreifen aus einem nicht gut elektrisch leitenden Material gefertigt ist, sorgt die Beschichtung mit dem elektrisch gut leitenden Material für einen ausreichend kleinen Widerstand zur Stromeinleitung, um die Aufheizung des Metallstreifens möglichst gering zu halten.The metal strip is preferably made of the same material as the pipeline. In particular, when the pipe and thus also the metal strip is made of a material which is not very electrically conductive, the coating with the electrically highly conductive material ensures a sufficiently small resistance for current introduction in order to minimize the heating of the metal strip.
Da sich Werkstoffe in Abhängigkeit von der Temperatur unterschiedlich ausdehnen, ist es insbesondere bei langen Rohrleitungen vorteilhaft, die Rohrleitung in Abschnitte zu unterteilen, die durch Kompensatoren miteinander verbunden werden. Derartige Kompensatoren werden so gestaltet, dass mechanische Kräfte aufgrund der Längenausdehnung der Rohrleitung kompensiert werden. Wenn die Rohrleitung als Widerstandsheizelement genutzt wird, ist es notwendig, die einzelnen Rohrleitungsabschnitte elektrisch miteinander zu verbinden. Hierzu ist es zum Beispiel möglich, die Rohrleitungsabschnitte durch mindestens einen durch den Kompensator führenden Anpassungsleiter elektrisch miteinander zu kontaktieren. Der Anpassungsleiter ist besonders bevorzugt ein Heizleiter, der wie nachfolgend beschrieben aufgebaut sein kann.Since materials expand differently depending on the temperature, it is advantageous in particular for long pipes to divide the pipe into sections which are interconnected by compensators. Such compensators are designed so that mechanical forces due to the linear expansion of the pipeline can be compensated. When the pipe is used as a resistance heating element, it is necessary to electrically connect the individual pipe sections. For this purpose, it is possible, for example, to electrically contact the pipe sections with each other by means of at least one adaptation conductor leading through the compensator. The adaptation conductor is particularly preferably a heating conductor, which can be constructed as described below.
Salzschmelzen werden insbesondere in Solarkraftwerken, beispielsweise Parabolrinnen-Kraftwerken oder Fresnel-Kraftwerken als Wärmeträger eingesetzt. Rohrleitungen in solchen Kraftwerken weisen jeweils krümmungsfreie Strecken mit einer Länge von mindestens bis zu 100 m, üblicherweise bis zu 600 m, auf. Durch die großen geraden Strecken ist es möglich, einen Heizleiter in das Rohr einzulegen, ohne dass dieser um Rohrbögen geführt werden muss.Salt melts are used in particular in solar power plants, such as parabolic trough power plants or Fresnel power plants as heat transfer. Pipelines in such power plants each have curvature-free sections with a length of at least up to 100 m, usually up to 600 m. Due to the large straight sections, it is possible to insert a heating element into the pipe without having to be guided around pipe bends.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Heizleiter im Rohr azentrisch angeordnet, wobei der Abstand des Heizleiters bei einem mit einer maximalen Steigung von 45° verlaufenden Rohrabschnitt nach unten größer ist als nach oben. Durch das azentrische Einlegen des Heizleiters im Rohr wird vermieden, dass bei einer temperaturbedingten Längenausdehnung des Heizleiters entstehende durchhängende Bereiche des Heizleiters zwischen zwei Befestigungsstellen dazu führt, dass der Heizleiter die Innenwandung der Rohrleitung berührt. Auch im Falle des Durchhängens ist es notwendig, dass der Heizleiter keinen losen direkten Kontakt zur Innenwandung der Rohrleitung aufweist. Zur Befestigung des Heizleiters ist es zum Beispiel möglich, diesen in Ösen in der von der Salzschmelze durchströmten Rohrleitung zu führen.In a preferred embodiment, the heating conductor is arranged in the pipe acentric, wherein the distance of the heating element is greater at a downwardly extending pipe section with a maximum slope of 45 ° than upwards. The eccentric insertion of the heat conductor in the tube avoids that, when the thermal expansion of the heating conductor causes sagging areas of the heating conductor between two fastening points, the heating conductor touches the inner wall of the pipeline. Even in the case of sagging, it is necessary that the heat conductor has no loose direct contact with the inner wall of the pipe. For fastening the heating element, it is possible, for example, to guide it in eyelets in the pipeline through which the molten salt flows.
Bei einer Steigung von mehr als 45°, insbesondere bei senkrecht verlaufenden Rohrleitungsabschnitten, ist es bevorzugt, wenn der Heizleiter zentrisch in der Rohrleitung verläuft.With a pitch of more than 45 °, in particular with vertically extending pipe sections, it is preferred if the heating conductor runs centrally in the pipeline.
Neben Rohrleitungen in Solarkraftwerken eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung aber auch für alle anderen Rohrleitungssysteme mit mindestens zwei Rohrleitungen, die beheizt werden sollen. Derartige Rohrleitungen können zum Beispiel von einem Wärmeträger durchströmt werden. Auch eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beispiel für Rohrleitungen, durch die Erdöl transportiert wird. Insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen kann so vermieden werden, dass das Öl in der Rohrleitung erstarrt und die die Rohrleitung blockiert. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch eingesetzt werden, um zusätzlich zu einer Isolierung die Temperatur eines die Rohrleitung durchströmenden Mediums stabil zu halten, um so zu vermeiden, dass sich das die Rohrleitung durchströmende Medium abkühlt. Selbstverständlich lässt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch nutzen, um ein die Rohrleitung durchströmendes Medium weiter zu erwärmen.In addition to pipelines in solar power plants, the device of the invention is also suitable for all other piping systems with at least two pipes to be heated. Such pipes can for example be flowed through by a heat transfer medium. The device according to the invention is also suitable, for example, for pipelines through which crude oil is transported. Especially at low outside temperatures can be avoided so that the oil in the pipeline solidifies and blocks the pipeline. Furthermore, the device according to the invention can also be used in order to stabilize the temperature of a medium flowing through the pipeline in addition to an insulation, so as to avoid that the medium flowing through the pipe cools down. Of course, the device according to the invention can also be used to further heat a medium flowing through the pipeline.
Besonders bevorzugt ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung jedoch in Rohrleitungen in Solarkraftwerken, insbesondere um einen eingefrorenen Wärmeträger, beispielsweise Solarsalz, nach dem Einfrieren, wie er bei einem Stillstand des Solarkraftwerks auftreten kann, wieder aufzuschmelzen. In diesem Fall bildet die Rohrleitung zum Beispiel eine Heizschleife in dem Solarkraftwerk.However, the use of the device according to the invention is particularly preferably in pipelines in solar power plants, in particular a frozen heat transfer medium, for example solar salt, after freezing, as it may occur at a standstill of the solar power plant to melt again. In this case, for example, the pipeline forms a heating loop in the solar power plant.
Alternativ zu einem in der Rohrleitung verlegten Heizleiter kann das elektrische Heizelement auch jede beliebige andere Form annehmen, mit der eine Beheizung der Rohrleitung möglich ist. So ist es zum Beispiel auch möglich, einen Außenheizleiter, der außen an der Rohrwand anliegt, vorzusehen. Auch ist es möglich, die Rohrleitung mit einem elektrisch leitenden Innenmantel oder Außenmantel zu versehen, der als Heizelement wirkt. Besonders bevorzugt ist das elektrische Heizelement jedoch ein in der Rohrleitung liegender Heizleiter.As an alternative to a heating conductor laid in the pipeline, the electrical heating element can also assume any other shape with which heating of the pipeline is possible. For example, it is also possible to provide an outer heating conductor, which bears against the outside of the pipe wall. It is also possible to provide the pipeline with an electrically conductive inner jacket or outer jacket, which acts as a heating element. However, the electrical heating element is particularly preferably a heating conductor located in the pipeline.
In Abhängigkeit von dem Medium, das durch die Rohrleitung transportiert wird, kann der elektrische Heizleiter isoliert und nicht isoliert ausgeführt sein. Insbesondere bei Transport eines elektrisch leitenden Mediums in der Rohrleitung ist es bevorzugt, den Heizleiter elektrisch isoliert auszuführen. Hierbei ist weiterhin auch die Temperatur des in der Rohrleitung geführten Mediums zu berücksichtigen. Das Material für die elektrische Isolierung des Heizleiters muss so ausgewählt werden, dass es gegenüber den in der Rohrleitung auftretenden Temperaturen und insbesondere gegenüber der Temperatur des elektrischen Heizleiters stabil ist.Depending on the medium being transported through the pipeline, the electrical heating conductor may be insulated and not insulated. In particular, when transporting an electrically conductive medium in the pipeline, it is preferable to perform the heating element electrically isolated. In this case, the temperature of the medium conducted in the pipeline must also be taken into account. The material for the electrical insulation of the heat conductor must be selected so that it is stable with respect to the temperatures occurring in the pipeline and in particular to the temperature of the electrical heating conductor.
Bei einem in einer Salzschmelze führenden Rohrleitung geführten elektrischen Heizleiter ist es bevorzugt, den Heizleiter in Form eines Rohres oder eines Kanals mit einem beliebigen Querschnitt zu gestalten und die Wandung des Rohres bzw. des Kanals mit Öffnungen zu versehen, durch die aufgeschmolzenes Salz ins Innere des in Form eines Rohres oder Kanals gestalteten Heizleiters strömen kann und im Inneren des Heizleiters transportiert wird, um beim Aufschmelzen des Salzes möglichst schnell einen Kanal zu bilden, durch den das aufgeschmolzene Salz strömen kann.In a guided in a molten salt pipe electrical heating conductor, it is preferable to make the heating element in the form of a pipe or a channel with an arbitrary cross-section and to provide the wall of the pipe or the channel with openings, through the molten salt into the interior of the in the form of a tube or channel designed heat conductor can be flowed and is transported inside the heat conductor to form the fastest possible time during the melting of the salt a channel through which the molten salt can flow.
Neben einer massiven Außenwand, die mit Öffnungen versehen wird, ist es alternativ auch möglich, den Heizleiter zum Beispiel als ringförmiges Gestrick oder Gewebe zu gestalten. Auch hierzu wird im Inneren des Gewebes oder Gestrickes ein Hohlraum gebildet, durch den bereits geschmolzenes Salz strömen kann.In addition to a massive outer wall, which is provided with openings, it is alternatively also possible to make the heating element, for example, as an annular knit or fabric. Also for this purpose, a cavity is formed in the interior of the fabric or knitted fabric, through which molten salt can already flow.
Alternativ zur Gestaltung des Heizleiters als Hohlkörper, in dessen Inneren ein Kanal gebildet wird, durch den die Salzschmelze strömen kann, ist es auch möglich, dass der Heizleiter mindestens eine sich in axialer Richtung erstreckende u-förmige oder v-förmige Vertiefung aufweist. In der Vertiefung wird das Salz zuerst schmelzen, so dass die Vertiefung einen Kanal bildet, durch den das geschmolzene Salz strömen kann. Ein Heizleiter mit mehr als einer u-förmigen oder mehr als einer v-förmigen Vertiefung kann zum Beispiel einen sternförmigen Querschnitt aufweisen. Auch ist es möglich, dass ein solcher Heizleiter zum Beispiel in Form eines Kanals mit einem u-förmigen Querschnitt gestaltet ist.Alternatively to the design of the heating element as a hollow body, inside which a channel is formed, through which the molten salt can flow, it is also possible for the heating element to have at least one U-shaped or V-shaped depression extending in the axial direction. In the depression, the salt will first melt so that the depression forms a channel through which the molten salt can flow. A heating conductor with more than one u-shaped or more than one V-shaped recess may, for example, have a star-shaped cross-section. It is also possible that such a heating conductor is designed, for example, in the form of a channel with a U-shaped cross section.
Neben einem Hohlkörper oder einem Heizleiter, der mindestens eine u-förmige oder v-förmige Vertiefung aufweist, ist es weiterhin auch möglich, zum Beispiel einen massiven elektrischen Leiter vorzusehen, der mit einem Drahtgeflecht umwickelt ist. In diesem Fall kann das geschmolzene Salz zunächst im Drahtgeflecht strömen, bevor sich außerhalb des Drahtgeflechts ein den Heizleiter umgebender Kanal ausgebildet hat.In addition to a hollow body or a heating conductor having at least one U-shaped or V-shaped recess, it is also possible, for example, to provide a solid electrical conductor, which is wrapped with a wire mesh. In this case, the molten salt may initially flow in the wire mesh before outside of the wire mesh has formed a surrounding the heating conductor channel.
Neben den vorstehend genannten Möglichkeiten ist es selbstverständlich auch möglich, dass der Heizleiter ein massiver Draht ist oder in Form eines Seils gestaltet ist. Auch kann der Heizleiter aus einem Material guter elektrischer Leitfähigkeit, beispielsweise Kupfer oder Aluminium gebildet sein, das von einer korrosionsfesten Hülle umschlossen ist. Hierdurch wird vermieden, dass das gut elektrisch leitfähige Material in Gegenwart des Salzes, das durch die Rohrleitung strömt, korrodiert, wodurch das Wärmeträgersalz verschmutzt wird und seine thermische Beständigkeit verliert.In addition to the above possibilities, it is of course also possible that the heating element is a solid wire or designed in the form of a rope. Also, the heating conductor may be formed of a material of good electrical conductivity, for example copper or aluminum, which is enclosed by a corrosion-resistant shell. This avoids that the highly electrically conductive material in the presence of salt, which flows through the pipe, corroded, whereby the heat carrier salt is contaminated and loses its thermal stability.
Weiterhin ist es auch möglich, einen konventionellen Leiter, zum Beispiel mit strom-führender Seele und elektrischer Isolierung, als Innenheizleiter einzusetzen, wobei auf die elektrische Isolierung zusätzlich eine korrosionsfeste Hülle aufgebracht wird. Eine schützende Metallhülle als korrosionsfeste Hülle kann in diesem Fall auch als Rückleiter für den Strom dienen. Alternativ ist auch eine Zweiseelenanordnung mit isolierter Außenhülle aus Edelstahl verwendbar. Solche isolierten Heizleiter können auch an der Wand der Rohrleitung anliegen.Furthermore, it is also possible to use a conventional conductor, for example with current-carrying core and electrical insulation, as Innenheizleiter, wherein in addition to the electrical insulation, a corrosion-resistant shell is applied. A protective metal shell as a corrosion-resistant shell can also serve as a return conductor for the current in this case. Alternatively, a Zietenelenanordnung with insulated outer shell made of stainless steel is used. Such insulated heating conductors can also rest against the wall of the pipeline.
Der Heizleiter kann auch aus Segmenten aufgebaut sein, in Solarkraftwerken beispielsweise ein Segment pro Receiver, die bei Montage miteinander elektrisch leitend verbunden werden, zum Beispiel durch Verschrauben, Verschweißen oder Verklemmen. Der Aufbau von Segmenten bietet auch ein Konzept bei Ersatz eines Receivers innerhalb einer Reihe durch Schneiden und Wiederverbinden. Die Verbindungen müssen so gestaltet werden, dass dauerhaft ausreichend niedrige Übergangswiderstände realisiert werden.The heating conductor can also be constructed of segments, in solar power plants, for example, one segment per receiver, which are electrically connected to each other during assembly, for example by screwing, welding or jamming. The design of segments also provides a concept for replacing a receiver within a series by cutting and reconnecting. The connections must be designed in such a way that permanently sufficiently low contact resistances are realized.
Wenn der Heizleiter in Form eines Seiles ausgebildet ist, werden ein oder mehrere Litzen zu einem Seil verdreht. Das Seil ist vorzugsweise mehrlitzig. Durch das Verdrehen der Litzen zu einem Seil entsteht in der Mitte des Seiles ein Zwickelkanal, durch den bereits geschmolzenes Salz strömen kann und so der Druck ausgeglichen werden kann. Durch Verdrehung eines Seils mit einer Litze kann eine Spiralwicklung gefertigt werden, die in ihrer Mitte einen Zwickelkanal besitzt. Ein weiterer Vorteil des Einsatzes eines Seils ist, dass der horizontale Ausgleich der thermischen Ausdehnung erleichtert werden kann. Zudem ist es möglich, durch die Art der Verseilung die Steifigkeit des Leiters einzustellen, so dass bei entsprechender Verdrillung das Seil eine Festigkeit aufweist, die sich der Festigkeit eines steifen Leiters annähert. Dies erlaubt es, eine geringere Anzahl an Halterungen vorzusehen, die das Seil gegen Verschiebung in Strömungsrichtung sichern.When the heating conductor is in the form of a rope, one or more strands are twisted into a rope. The rope is preferably mehrlitzig. By twisting the strands into a rope, a gusset channel is created in the middle of the rope through which molten salt can flow and thus equalize the pressure. By twisting a rope with a strand a spiral winding can be made, which has a gusset channel in its center. Another advantage of using a rope is that the horizontal balance of thermal expansion can be facilitated. In addition, it is possible to adjust the rigidity of the conductor by the type of stranding, so that with appropriate twisting the rope has a strength that approaches the strength of a rigid conductor. This makes it possible to provide a smaller number of brackets that secure the cable against displacement in the flow direction.
Die Litzen, aus denen das Seil verdrillt wird, können in Form von Drähten, das heißt massiv, gestaltet sein oder auch als Rohre ausgebildet sein. Wenn die Litzen in Form von Rohren gestaltet und nicht durch hoch elektrisch leitfähiges Material oder einen strömenden Wärmeträger gefüllt sind, so werden diese jeweils an den Enden vorzugsweise durch Schweißen verschlossen. Die einzelnen Rohre sind vorzugsweise mit einem Gas, beispielsweise Luft gefüllt. Durch das Gas in den rohrförmigen Litzen wird der Auftrieb in der Salzschmelze erhöht. Dies erlaubt eine Verringerung der Haltekraft der zum Fixieren nahe der Rohrmitte benötigten Federn. Die rohrförmigen Litzen können einen kreisförmigen Querschnitt oder einen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Ein nicht kreisförmiger Querschnitt ist zum Beispiel ein ovaler oder ein elliptischer Querschnitt. Bei einem nicht kreisförmigen Querschnitt ist es möglich, dass beim Aufschmelzen des Salzes örtlich auftretende erhöhte Drücke besser elastisch abgefedert werden können. Zudem wird durch nicht kreisförmige Querschnitte der Zwickelquerschnitt vergrößert und dadurch die Druckausgleichströmung im Zwickelkanal erleichtert. Um einen nicht kreisförmigen Querschnitt zu erhalten, ist es zum Beispiel möglich, Rohre zur Bildung der Litzen herzustellen und diese abzuplatten, beispielsweise durch Walzen. Eine weitere Möglichkeit, eine Litze mit einem nicht kreisförmigen Rohr auszubilden, ist eine nierenförmiger Querschnitt. Durch den nierenförmigen Querschnitt, der zum Beispiel beim quetschenden Verseilen von Rundrohren über einen runden Formdorn entsteht, wird ein besonders großer Zwickelkanal zwischen den Litzen geschaffen. Da die Litzen in einer Salzschmelze aufgenommen sind, ist es vorteilhaft, die mechanisch verformten Teile spannungsfrei zu glühen, um die Gefahr korrosiver Angriffe zu minimieren.The strands from which the rope is twisted, in the form of wires, that is solid, be designed or formed as pipes. If the strands are designed in the form of tubes and are not filled by highly electrically conductive material or a flowing heat carrier, they are each closed at the ends, preferably by welding. The individual tubes are preferably filled with a gas, for example air. The gas in the tubular strands increases buoyancy in the molten salt. This allows a reduction in the holding force required for fixing near the center of the tube springs. The tubular strands may have a circular cross section or a non-circular cross section. A non-circular cross section is, for example, an oval or an elliptical cross section. In a non-circular cross-section, it is possible that locally occurring increased pressures can be better elastically cushioned when melting the salt. In addition, the gusset cross-section is increased by non-circular cross-sections, thereby facilitating the pressure compensation flow in the gusset channel. For example, to obtain a non-circular cross-section, it is possible to make tubes for forming the strands and to plate them, for example by rolling. Another way to form a strand with a non-circular tube is a kidney-shaped cross-section. Due to the kidney-shaped cross-section, which is formed, for example, when squeezing stranded round tubes over a round mandrel, a particularly large Zwickelkanal between the strands is created. Since the strands are taken up in a molten salt, it is advantageous to anneal the mechanically deformed parts stress-free in order to minimize the risk of corrosive attacks.
Bei einer rohrförmigen Gestaltung der Litzen ist es zusätzlich zur elektrischen Beheizung auch möglich, zur Beheizung einen flüssigen oder gasförmigen Wärmeträger einzusetzen, der durch die rohrförmigen Leitungen strömt.In a tubular design of the strands, it is also possible in addition to electrical heating to use for heating a liquid or gaseous heat transfer medium, which flows through the tubular conduits.
Wenn die Rohrleitung als Rohrleitung in einem Solarfeld eines Parabolrinnen-Solarkraftwerks oder Fresnelkraftwerkes genutzt wird, umfasst die Rohrleitung üblicherweise ein innenliegendes Rohr, das von der Salzschmelze durchströmt wird und eine außenliegende Hülle aus Glas. Der Zwischenraum zwischen dem innenliegenden Rohr und der außenliegenden Hülle aus Glas ist evakuiert. Die Oberfläche des innenliegenden Rohres ist üblicherweise so gestaltet, dass diese die Sonnenstrahlung absorbiert und auf diese Weise aufwärmt. Die Wärme wird dann von dem innenliegenden Rohr an den Wärmeträger, der die Rohre durchströmt, übertragen. Diese Bereiche werden im Allgemeinen auch Receiver genannt.When the pipeline is used as a pipeline in a solar field of a parabolic trough solar power plant or Fresnel power plant, the pipeline usually comprises an inner tube through which the molten salt flows and an outer shell made of glass. The space between the inner tube and the outer shell of glass is evacuated. The surface of the inner tube is usually designed so that it absorbs the solar radiation and thus warms up. The heat is then transferred from the inner tube to the heat transfer medium, which flows through the tubes. These areas are generally also called receivers.
In den genannten Solarkraftwerken verlaufen die Rohrleitungen üblicherweise u-förmig, wobei ein Schenkel der Rohrleitung mit einem Zulauf und ein zweiter Schenkel mit einem Ablauf verbunden sind. Die Schenkel der Rohrleitung erstrecken sich ohne Krümmung über eine Strecke von üblicherweise mindestens 100 m, bevorzugt über mindestens 300 m. An der dem Zulauf und dem Ablauf gegenüberliegenden Seite sind die beiden Schenkel miteinander über ein querlaufendes Rohrstück verbunden. Die Salzschmelze strömt dann über einen Bogen in das Querstück und vom Bogen in die parallel liegende, den zweiten Schenkel bildende zweite Rohrleitung. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Rohrbögen zur Strömungsumlenkung jeweils einen Rohrleitungsabschnitt auf, der sich in Richtung der Rohrleitung fortsetzt, wobei der Rohrleitungsabschnitt mit einem Verschluss verschlossen ist und der Heizleiter durch den Verschluss des Rohrleitungsabschnitts geführt ist. Damit bei Betrieb des isolierten Heizleiters keine Spannung an die Rohrleitung übertragen wird, wird der Heizleiter üblicherweise mit einer Isolierung durch den Verschluss der Rohrleitung geführt. Die Isolierung dient gleichzeitig zur Abdichtung.In the aforementioned solar power plants, the pipes are usually U-shaped, wherein one leg of the pipe with an inlet and a second leg are connected to a drain. The legs of the pipeline extend without curvature over a distance of usually at least 100 m, preferably over at least 300 m. At the opposite side of the inlet and the outlet, the two legs are connected to each other via a transverse piece of pipe. The molten salt then flows through an arc into the crosspiece and from the arc into the parallel, the second leg forming second pipeline. In a preferred embodiment, the pipe bends for flow deflection each have a pipe section which continues in the direction of the pipe, wherein the pipe section is closed with a closure and the heating element is guided through the closure of the pipe section. So that no voltage is transmitted to the pipeline during operation of the insulated heating conductor, the heating conductor is usually conducted with insulation through the closure of the pipeline. The insulation also serves as a seal.
Der Verschluss des Rohrleitungsabschnittes kann zum Beispiel als Blindflansch ausgeführt sein. Auch jeder beliebige andere Deckel, der dem in den Rohrleitungen auftretenden Druck standhält, kann verwendet werden. Bevorzugt ist jedoch ein Blindflansch.The closure of the pipe section can be designed, for example, as a blind flange. Also, any other lid that can withstand the pressure occurring in the piping can be used. However, a blind flange is preferred.
Unabhängig von Art und Form des Heizleiters ist vorzugsweise am Ende des Heizleiters ein Rundstab angebracht. Dieser kann zum Beispiel durch eine Schweißverbindung, eine Schraubverbindung oder eine Klemmverbindung mit dem Heizleiter und isolierend oder nicht isolierend mit der Rohrleitung verbunden sein. Die Verbindung muss dabei so gestaltet sein, dass der Rundstab gut elektrisch leitend mit dem Heizleiter verbunden ist. Wenn der Verschluss des Rohrleitungsabschnittes ein Blindflansch ist, wird der Rundstab zur Befestigung zum Beispiel elektrisch isolierend oder nicht isolierend in einer Stopfbuchskonstruktion geführt und befestigt. Um im Fall des isolierten Heizleiters zu verhindern, dass elektrischer Strom an die Rohre geleitet wird, wird die Stopfbuchspackung der Stopfbuchskonstruktion elektrisch isolierend ausgeführt. Durch die Stopfbuchspackung wird ein Spalt zwischen dem Rundstab und der Durchführung des Heizleiters in die Rohrleitung erzielt. Über den Spalt kann eine niedrige Spannung bis zu 0,7 V anliegen. Trotz der geringen Spannung herrscht im Spalt und in der Nähe des Spaltes eine hohe elektrische Feldstärke. Diese hohe elektrische Feldstärke bewirkt einen Stromfluss zu und über die Rohrleitungswandung, wenn das Rohrleitungssystem mit elektrisch leitender Salzschmelze gefüllt ist.Regardless of the type and shape of the heat conductor, a round rod is preferably attached to the end of the heat conductor. This can be connected, for example, by a welded connection, a screw connection or a clamping connection with the heating conductor and insulating or non-insulating with the pipeline. The connection must be designed so that the round rod is well connected electrically conductive with the heating element. If the closure of the pipe section is a blind flange, the round rod for mounting, for example, electrically insulating or non-insulating out in a stuffing box construction and fastened. In order to prevent electric current from being conducted to the pipes in the case of the insulated heating conductor, the stuffing box packing of the stuffing box construction is made electrically insulating. Through the stuffing box packing a gap between the round rod and the implementation of the heating element is achieved in the pipeline. A low voltage of up to 0.7 V can be applied across the gap. Despite the low voltage prevails in the gap and in the vicinity of the gap, a high electric field strength. This high electric field strength causes a flow of current to and over the pipe wall when the piping system is filled with electrically conductive molten salt.
Eine vollständige elektrische Isolation des Innenleiters im Inneren der Rohrleitung nahe seiner Einführung, zum Beispiel über den Blindflansch, unterbindet einen unerwünschten Stromfluss. Die elektrische Isolierung kann zum Beispiel im Bereich einer Stopfbuchse oder im Bereich einer Flachdichtung aufgebaut werden. Wenn eine Flachdichtung eingesetzt wird, sind zudem elektrisch isolierte Verschraubungen zu verwenden.Complete electrical insulation of the inner conductor inside the pipeline near its insertion, for example via the blind flange, prevents unwanted current flow. The electrical insulation can be constructed, for example, in the region of a stuffing box or in the region of a flat gasket. If a gasket is used, electrically insulated fittings should also be used.
Da zur elektrischen Isolierung eingesetzte Materialien im Allgemeinen nicht gegen die Temperaturen beständig sind, die im Inneren der Rohrleitungen aufgrund der geschmolzenen Salzschmelze herrschen, ist es möglich, durch geeignete thermische Isoliermaterialien einen Temperaturgradienten zu erzeugen. So ist es zu Beispiel möglich im Bereich des Blindflansches in der Rohrleitung ein Fasermaterial zur thermischen Isolierung aufzunehmen. Als Fasermaterial kann zum Beispiel ein Quarzfasergewebe eingesetzt werden. Der Rundstab, an dem der Heizleiter befestigt ist, wird durch eine elektrisch isolierende und hochtemperaturbeständige Hülse, zum Beispiel aus Keramik oder Siliciumcarbid geführt. An die erste Hülse aus Keramik oder Siliciumcarbid schließt sich eine zweite elektrisch isolierende Hülse, die nicht mehr so hoch temperaturbeständig sein muss, an. Als Material für die zweite Hülse eignet sich zum Beispiel Polytetrafluorethylen (PTFE) oder ein anderer Hochtemperaturkunststoff. Die beiden elektrisch isolierenden Hülsen sind von einer weiteren Hülse umschlossen, die in einem Flansch endet. Der Flansch ist mit einer elektrischen Isolierung mit einem zweiten Flansch verschlossen. Zur Durchführung des Rundstabs durch den verschließenden Flansch wird eine Stopfbuchse eingesetzt, die mit einer Dichtung abgedichtet ist. Durch die eingesetzten Isoliermaterialien ist die Temperatur im Bereich der Stopfbuchse so gering, dass die Dichtung aus einem Standardmaterial gefertigt werden kann.Since materials used for electrical insulation are generally not resistant to the temperatures prevailing inside the pipes due to molten molten salt, it is possible to produce a temperature gradient by suitable thermal insulating materials. For example, it is possible in the area of the blind flange in the pipeline to take up a fiber material for thermal insulation. As fiber material, for example, a quartz fiber fabric can be used. The round rod, to which the heating conductor is attached, is guided through an electrically insulating and high-temperature-resistant sleeve, for example made of ceramic or silicon carbide. The first sleeve of ceramic or silicon carbide is followed by a second electrically insulating sleeve, which is no longer so high must be temperature resistant, on. As a material for the second sleeve is for example polytetrafluoroethylene (PTFE) or another high-temperature plastic. The two electrically insulating sleeves are enclosed by a further sleeve, which ends in a flange. The flange is closed with electrical insulation with a second flange. To perform the round rod through the occluding flange a stuffing box is used, which is sealed with a seal. Due to the insulating materials used, the temperature in the area of the stuffing box is so low that the seal can be manufactured from a standard material.
Wenn das erstarrte Salz in der Rohrleitung aufgeschmolzen werden soll, darf der Heizleiter im Bereich der Einführung nur eine geringe Wärmemenge erzeugen, um die Ausbildung eines Temperaturgradienten nicht zu gefährden. Dies kann zum Beispiel dadurch erzielt werden, dass der Heizleiter im Bereich seiner Einführung in die Rohrleitung einen niedrigeren elektrischen Widerstand aufweist als in der eigentlichen Heizzone. Der niedrigere elektrische Widerstand kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass der Rundstab, in den der Heizleiter mündet, mit einem größeren Durchmesser ausgeführt ist, als der Heizleiter in der Heizzone. Alternativ und zusätzlich kann der Heizleiter im Bereich der Einführung in die Rohrleitung ein besonders gut elektrisch leitfähiges Material enthalten, um eine Aufheizung des Heizleiters im Bereich der Einführung in die Rohrleitung zu vermeiden. Ein geeignetes elektrisch gut leitfähiges Material ist zum Beispiel Kupfer oder Aluminium. Hierbei kann der Heizleiter im Bereich der Einführung vollständig oder teilweise aus dem elektrisch gut leitfähigen Material gefertigt sein. So ist zum Beispiel möglich, den Heizleiter im Bereich der Einführung so zu konstruieren, dass dieser einen massiven Kupferkern enthält.If the solidified salt is to be melted in the pipeline, the heat conductor may produce only a small amount of heat in the introduction, so as not to jeopardize the formation of a temperature gradient. This can be achieved, for example, by virtue of the fact that the heating conductor has a lower electrical resistance in the region of its introduction into the pipeline than in the actual heating zone. The lower electrical resistance can be achieved, for example, in that the round rod into which the heating conductor opens is designed with a larger diameter than the heating conductor in the heating zone. Alternatively and additionally, in the region of the introduction into the pipeline, the heating conductor can contain a particularly well electrically conductive material in order to avoid heating of the heating conductor in the region of the introduction into the pipeline. A suitable electrically highly conductive material is, for example, copper or aluminum. In this case, the heating conductor in the region of the introduction can be completely or partially made of the electrically highly conductive material. For example, it is possible to construct the heat conductor in the area of the introduction so that it contains a massive copper core.
Alternativ zu einem Rundstab kann auch ein Stab mit beliebigem anderem Querschnitt eingesetzt werden. Bevorzugt ist jedoch ein Rundstab.As an alternative to a round rod, a rod with any other cross-section can also be used. However, a round bar is preferred.
Der Innenleiter kann auch nicht isoliert in das Rohrleitungssystem eingebaut werden. In diesem Fall wird die Einführung ohne jede Isolationsmaßnahme gestaltet. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn zum Beispiel einzelne Rohrleitungsabschnitte einer Solarschleife nicht durch Flanschverbindungen miteinander verbunden werden, sondern mit einander verschweißt sind. Dann ist es nicht mehr möglich, den elektrischen Widerstand der gesamten Rohrleitung durch Isolation der einzelnen Rohrleitungsabschnitte zu kontrollieren. Wenn der Heizleiter nicht gegen die miteinander verschweißten Rohrleitungsabschnitte elektrisch isoliert wird, fließen bei Anlegen einer Spannung durch die einzelnen Rohrleitungsabschnitte und den Innenleiter Ströme, deren Verhältnis proportional zum Verhältnis der Leitfähigkeit der Rohrleitung zur Leitfähigkeit des Heizleiters ist. Entsprechend dem Verhältnis wird Wärme an der Rohrleitung beziehungsweise am Heizleiter erzeugt. Durch Wahl eines ausreichenden Querschnitts des Heizleiters und Wahl eines sehr gut elektrisch leitenden Materials für den Heizleiter, zum Beispiel Kupfer oder Aluminium, kann der Widerstand des Heizleiters so weit gesenkt und die Leitfähigkeit so weit erhöht werden, dass der Strom ausreichend stark in den Innenleiter hineingeführt wird und die Wärmeentwicklung auf den im Inneren der Rohrleitung geführten Heizleiter in einem Maße konzentriert wird, dass der Innenheizleiter schneller aufgeheizt wird als die Rohrleitung. Förderlich für eine schnellere Aufheizung des Innenleiters ist, dass die Rohrleitung eine im Allgemeinen deutlich höhere Masse und damit eine deutlich höhere Wärmekapazität aufweist als der Innenleiter.The inner conductor can not be installed in isolation in the piping system. In this case, the introduction is designed without any isolation measures. This is particularly advantageous if, for example, individual pipe sections of a solar loop are not connected to one another by flange connections, but are welded together. Then it is no longer possible to control the electrical resistance of the entire pipeline by insulating the individual pipe sections. When the heating conductor is not electrically insulated from the pipe sections welded together, when a voltage is applied through the individual pipe sections and the inner conductor, currents are flowing whose ratio is proportional to the ratio of the conductivity of the pipe to the conductivity of the heating conductor. According to the ratio, heat is generated at the pipeline or at the heating conductor. By choosing a sufficient cross-section of the heating conductor and choosing a very good electrically conductive material for the heating element, for example copper or aluminum, the resistance of the heating element can be lowered so far and the conductivity can be increased so that the current sufficiently led into the inner conductor is concentrated and the heat on the guided inside the pipe heating element to an extent that the Innenheizleiter is heated faster than the pipeline. Conducive for a faster heating of the inner conductor is that the pipe has a generally much higher mass and thus a significantly higher heat capacity than the inner conductor.
Bei einer solchen Anordnung mit unisoliertem Heizleiter entstehen über die gesamte Rohrleitung im Idealfall keine Potentialdifferenzen zwischen Heizleiter und Rohrleitung. Die Rohrleitung ist gegenüber dem Apparategerüst, das die Rohrleitung trägt, elektrisch zu isolieren.In such an arrangement with uninsulated heating element, ideally no potential differences between the heating conductor and the pipeline arise over the entire pipeline. The pipeline is to be electrically insulated from the equipment frame carrying the pipeline.
Damit der Heizleiter von der die Rohrleitung durchströmenden Salzschmelze nicht beschädigt wird, ist dieser vorzugsweise aus einem gegenüber dem eingesetzten Salz, insbesondere gegenüber Nitrat, korrosionsfesten Material gefertigt. Alternativ ist es möglich, wie vorstehend bereits beschrieben, den Heizleiter mit einer korrosionsfesten Hülle zu versehen. Wenn der Heizleiter aus einem korrosionsfesten Material gefertigt wird, so eignen sich temperaturabhängig insbesondere Edelstahl, beispielsweise bevorzugt die Stähle vom Typ St 1.4571 und St 1.4541, aber auch St 1.4301 oder Nickel-basierte Stähle wie St 2. 4856.So that the heat conductor is not damaged by the molten salt flowing through the pipeline, it is preferably made from a material resistant to corrosion compared to the salt used, in particular to nitrate. Alternatively, it is possible, as already described above, to provide the heating conductor with a corrosion-resistant casing. If the heating conductor is manufactured from a corrosion-resistant material, then, in particular, stainless steel, for example steels of the type St 1.4571 and St 1.4541, but also St 1.4301 or nickel-based steels such as St 2. 4856, are suitable.
Wenn ein Edelstahl, beispielsweise St 1.4571 eingesetzt wird, bildet sich zunächst auf dem Heizleiter eine passivierende, ca. 15 µm dicke korrosionshemmende Metalloxid/-Nitridschicht aus, die dem Stromfluss einen merkbaren Widerstand entgegensetzt. Der Widerstand der Schutzschicht hilft bei der Potentialkontrolle des Heizleitersystems. Auch kleine elektrische Spannungen können an leitfähigen Salzen Elektrodenprozesse auslösen, die zur korrosiven Abtragungen führen. Die Elektrodenprozesse können ab einer bestimmten Grenzspannung einsetzen. Die korrosionshemmende Schutzschicht verursacht einen Schutz durch Überspannung und erhöht so die Zersetzungsspannung des Systems.If a stainless steel, for example St 1.4571 is used, a passivating, approximately 15 μm thick corrosion-inhibiting metal oxide / nitride layer first forms on the heating conductor, which counteracts the flow of current to a noticeable resistance. The resistance of the protective layer helps to control the potential of the heating conductor system. Even small electrical voltages can cause electrode processes on conductive salts that lead to corrosive erosion. The electrode processes can start at a certain threshold voltage. The corrosion-inhibiting protective layer causes overvoltage protection and thus increases the decomposition voltage of the system.
Der Einsatz des Heizleiters im Inneren der Rohrleitung erlaubt die Beherrschung hoher Schmelzpunkte des in der Rohrleitung eingesetzten Wärmeträgers. Dies eröffnet die Möglichkeit, auch Salzmischungen als Wärmeträger einzusetzen, die einen höheren Schmelzpunkt aufweisen als bislang diskutierte Salzmischungen. So können beispielsweise Nitratmischungen eingesetzt werden, die als Hauptkomponente Natriumnitrat enthalten. Dies hat den Vorteil, dass Kaliumvorkommen, die zur Produktion von Kalidünger eingesetzt werden können, weitgehend geschont werden. Derzeit enthält sogenanntes "Solarsalz 60" 60 Gew.-% Natriumnitrat und 40 Gew.-% Kaliumnitrat. Der Anteil an Natriumnitrat im Salz lässt sich auf 80 Gew.-% oder sogar auf über 90 Gew.-% und mehr steigern. Der Schmelzpunkt des Salzes steigt dementsprechend von 235°C bei einer Mischung von 40 Gew.-% Kaliumnitrat und 60 Gew.-% Natriumnitrat auf 273°C bei einer Mischung von 80 Gew.-% Natriumnitrat und 20 Gew.-% Kaliumnitrat und auf 293°C bei einer Mischung von 90 Gew.-% Natriumnitrat und 10 Gew.-% Kaliumnitrat. Bei Verwendung von reinem Natriumnitrat liegt der Schmelzpunkt bei 306°C.The use of the heat conductor inside the pipeline allows the control of high melting points of the heat carrier used in the pipeline. This opens up the possibility of using salt mixtures as heat carriers, which have a higher melting point than previously discussed salt mixtures. For example, nitrate mixtures containing sodium nitrate as the main component can be used. This has the advantage that potassium deposits, which can be used for the production of potash fertilizers, are largely spared. Currently, so-called "solar salt 60" contains 60% by weight of sodium nitrate and 40% by weight of potassium nitrate. The proportion of sodium nitrate in the salt can be increased to 80% by weight or even more than 90% by weight or more. The melting point of the salt accordingly increases from 235 ° C with a mixture of 40 wt .-% potassium nitrate and 60 wt .-% sodium nitrate to 273 ° C with a mixture of 80 wt .-% sodium nitrate and 20 wt .-% potassium nitrate and on 293 ° C with a mixture of 90 wt .-% sodium nitrate and 10 wt .-% potassium nitrate. When pure sodium nitrate is used, the melting point is 306 ° C.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the figures and are explained in more detail in the following description.
Es zeigen:
Figur 1- mehrere Rohrleitungen mit mittiger Stromeinspeisung,
- Figur 2
- mehrere Rohrleitungen, die in Abschnitte geteilt sind und wobei jeder Abschnitt mit einer Stromeinspeisung verbunden ist,
Figur 3- eine Rohrleitungsschleife in einem Solarkraftwerk, die in zwei Abschnitte aufgeteilt ist und bei der in jeden Abschnitt an zwei Positionen Strom eingespeist wird,
- Figur 4
- eine mittige Stromeinspeisung in eine Rohrleitung mit Innenheizleiter,
Figur 5- eine Anordnung zur Einspeisung hoher Stromstärken in ein Rohrstück in Schnittdarstellung,
Figur 6- eine Anordnung gemäß
Figur 5 in dreidimensionaler Anordnung, Figur 7- eine Verbindung zweier Rohrleitungselemente, die als Widerstandsheizelemente eingesetzt werden.
- FIG. 1
- several pipelines with central power supply,
- FIG. 2
- a plurality of pipelines divided into sections, each section being connected to a power supply,
- FIG. 3
- a pipeline loop in a solar power plant, which is divided into two sections and in which power is fed into each section at two positions,
- FIG. 4
- a central power feed into a pipeline with Innenheizleiter,
- FIG. 5
- an arrangement for feeding high currents into a pipe section in a sectional view,
- FIG. 6
- an arrangement according to
FIG. 5 in a three-dimensional arrangement, - FIG. 7
- a compound of two pipe elements, which are used as resistance heating elements.
Zur Beheizung ist eine Rohrleitung 1 mit einem elektrischen Widerstandsheizelement ausgerüstet. Das elektrische Widerstandsheizelement kann zum Beispiel eine elektrisch leitfähige Wandung der Rohrleitung sein, an die eine Spannung angelegt wird. Alternativ kann jedoch ein Heizleiter als elektrisches Widerstandsheizelement eingesetzt werden. Ein solcher Heizleiter kann innenliegend in der Rohrleitung 1 verlaufen oder innerhalb oder außerhalb an der Wandung der Rohrleitung 1 anliegen.For heating a
Jede Rohrleitung 1 weist ein erstes Ende 3 und ein zweites Ende 5 auf. Durch das erste Ende 3 kann beispielsweise ein Fluid, zum Beispiel eine Salzschmelze in einem Solarkraftwerk oder auch Öl oder eine andere Flüssigkeit in die Rohrleitung 1 einströmen. Am zweiten Ende 5 verlässt das Fluid die Rohrleitung wieder. Hierzu ist es zum Beispiel möglich, jeweils das erste Ende 3 mehrerer Rohrleitungen 1 mit einem hier nicht dargestellten Verteiler und jeweils das zweite Ende 5 mehrerer Rohrleitungen 1 mit einem hier nicht dargestellten Sammler zu verbinden. Bevorzugt werden jeweils die ersten Enden 3 aller Rohrleitungen 1 mit dem Verteiler und die zweiten Enden 5 aller Rohrleitungen 1 mit dem Sammler verbunden. Der Sammler und der Verteiler können ebenfalls in Form von Rohrleitungen ausgebildet sein, wobei die Rohrleitungen 1 jeweils aus dem Sammler beziehungsweise dem Verteiler abzweigen.Each
In der in
Zwischen den Positionen, an denen sich ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt, sind die elektrischen Widerstandsheizelemente jeweils mit einer Phase 7 einer Wechselstromquelle 9 verbunden. Die Anzahl der Phasen 7 der Wechselstromquelle 9 entspricht in der in
In
Bei einer großen Länge der Rohrleitungen 1 kann es notwendig sein, mehrere Wechselstromquellen 9 zur Beheizung einzusetzen, da die Länge des elektrischen Widerstandsheizelements aufgrund der Länge der Rohrleitung sonst zu groß ist. In diesem Fall werden die Rohrleitungen 1 und damit auch die elektrischen Widerstandsheizelemente in einzelne Abschnitte geteilt. Am Ende jedes Abschnitts werden die elektrischen Widerstandsheizelemente elektrisch leitend miteinander verbunden, so dass sich ein Potential nahe dem Erdpotential einstellen kann. Zwischen zwei Positionen, an denen sich ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt, wird das elektrische Widerstandsheizelement mit einer Phase 7 einer Wechselstromquelle 9 verbunden. Durch diese Gestaltung ist jeder Abschnitt so aufgebaut, wie die in
Sowohl in
Alternativ zu der in den
Neben der hier dargestellten Wechselstromquelle 9 kann auch eine Gleichstromquelle eingesetzt werden. In diesem Fall können allerdings nur zwei elektrische Widerstandsheizelemente mit den jeweiligen Polen der Gleichstromquelle verbunden werden. Ein elektrisches Widerstandsheizelement wird mit dem Pluspol der Gleichstromquelle und ein elektrisches Widerstandsheizelement mit dem Minuspol der Gleichstromquelle verbunden.In addition to the
In
In einem Solarkraftwerk ist jede Rohrleitung 1 in Form einer u-förmigen Rohrleitungsschleife 11 ausgebildet. Das erste Ende 3 der Rohrleitungsschleife 11 ist mit einem Sammler 13 und das zweite Ende 5 der Rohrleitungsschleife mit einem Verteiler 15 verbunden. In der hier dargestellten Ausführungsform wird jeweils in die Schenkel 17 der Rohrleitungsschleife 11 Strom eingespeist und sowohl an den Enden der Schenkel 17, an denen diese mit dem Sammler 13 beziehungsweise Verteiler 15 verbunden sind als auch am entgegengesetzten Ende der Schenkel 17, an denen diese die Basis des "U" bilden, sind die elektrischen Widerstandsheizelemente niederohmig elektrisch miteinander verbunden, damit sich ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt.In a solar power plant, each
In der in
Jeweils zwischen dem ersten Teilabschnitt 21 und dem zweiten Teilabschnitt 23 sowie zwischen dem zweiten Teilabschnitt 23 und dem dritten Teilabschnitt 25 ist eine Stromeinspeisung 27 vorgesehen. Hierzu wird eine Wechselstromquelle 9 eingesetzt, die mit einem Transformator 29 verbunden ist. An den Transformator 29 schließen sich ein erstes Schaltgerät 31, z.B. ein Thyristorschaltgerät, und ein zweites Schaltgerät 33 an, die wiederum untereinander mit einem Umschalter 35 verbunden sind, so dass entweder über das erste Schaltgerät 31 Strom in die elektrischen Widerstandsheizelemente zwischen den ersten Teilabschnitten 21 und den zweiten Teilabschnitten 23 eingespeist wird oder über das zweite Schaltgerät 33 Strom zwischen den zweiten Teilabschnitten 23 und den dritten Teilabschnitten 25 eingespeist wird.In each case between the
Die jeweiligen elektrischen Widerstände R1 in den ersten Teilabschnitten 21, die jeweiligen elektrischen Widerstände R2 in den zweiten Teilabschnitten 23 und die jeweiligen elektrischen Widerstände R3 in den dritten Teilabschnitten 25 sind vorzugsweise gleich groß, damit sich die Phasen an den niederohmig elektrisch leitend verbundenen Enden aufheben und sich ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt. Dabei können die Widerstände R1, R 2 und R3 unterschiedlich groß sein.The respective electrical resistors R1 in the
Neben der hier dargestellten Thyristorschaltung ist auch eine Umrichterschaltung möglich. Durch den sekundärseitig ungeerdeten Transformator 29 wird einerseits eine schwebende Potentialdifferenz erzeugt, andererseits ist durch ihn eine Anpassung an die Widerstände der elektrischen Widerstandsheizelemente möglich.In addition to the thyristor circuit shown here, a converter circuit is also possible. On the one hand, a floating potential difference is generated by the secondary-side
Die Funktion der in
Die in
Wenn in Phase 1 R1+R2=R3 gilt und wenn eine Spannung zwischen R2 und R3 angelegt wird, wird die Solarschleife homogen überall mit der gleiche Wärmemenge beheizt.If R1 + R2 = R3 in
Wenn in Phase 2 eine Spannung zwischen R1 und R2 angelegt wird, ist die Beheizung heterogen und ist auf den Bereich von R1 konzentriert. Mit dieser Maßnahme kann die vorausgesetzt schlechte Isolierung von R1 schaltungstechnisch ausgeglichen und eine homogene Temperaturverteilung über die Solarschleife erreicht werden.When a voltage between R1 and R2 is applied in phase 2, the heating is heterogeneous and concentrated to the region of R1. With this measure, the assumed poor insulation of R1 can be balanced in terms of circuitry and a homogeneous temperature distribution over the solar loop can be achieved.
Dazu kann beispielsweise der Umschalter in
Entsprechend ließe sich auch bei gleichen Widerständen R1, R2, R3 der Teilabschnitte 21, 23, 25 in Abhängigkeit von der Stromeinspeisung eine unterschiedliche Heizleistung in den Teilabschnitten 21, 23, 25 realisieren, zum Beispiel, wenn sich die Flüssigkeit in der Rohrleitung inhomogen erwärmt.Accordingly, even with the same resistors R1, R2, R3 of the
Eine beispielhafte Ausführung einer mittigen Stromeinspeisung in einen innen liegenden Heizleiter einer Rohrleitung ist in
Die Stromeinspeisung in einen innenliegenden Heizleiter 37 erfolgt über zwei Einführungen 39, die zum Beispiel in Form einer Stopfbuchspackung 41 gestaltet sind. Um auftretenden Strömungskräften in der Rohrleitung widerstehen zu können, ist es notwendig, die Einführungen zum Beispiel mit zusätzlichen Zugentlastungseinrichtungen, beispielsweise in Form von Haken und Ösen im Bereich der Einspeisungsstelle zu versehen.The power supply to an
In den
Die Anordnung zur Einspeisung hoher Stromstärken umfasst einen Metallstreifen 43, der auf einem Rohrstück 45 angeschweißt wird. Vorzugsweise sind der Metallstreifen 43 und das Rohrstück 45 aus dem gleichen Metall gefertigt. Der Metallstreifen 43 weist eine Länge auf, die so bemessen ist, dass nach dem Verschweißen eine Fahne 47 seitwärts vom Rohr wegsteht. Am freien Ende 49 der Fahne 47 kann dann zum Beispiel mittels einer hier nicht dargestellten Klemmvorrichtung oder Verschraubung ein elektrischer Anschluss hergestellt werden. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die elektrische Verbindung nur noch gering thermisch beansprucht wird. Eine geringe thermische Beanspruchung wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Länge der Fahne 47 und damit der Abstand zur Rohrleitung 1 groß genug gewählt werden.The high current injection assembly includes a
Um einen guten thermischen und elektrischen Kontakt zu erzeugen, wird der Metallstreifen 43 möglichst eng auf das Rohrstück 45 gezogen und mit dem Rohrstück 45 verschweißt. Eine weitere Verbesserung des Kontakts lässt sich zum Beispiel durch Einbringen Kontaktverbessernder Materialien, beispielsweise Lötmaterialien, zwischen Rohrstück 45 und Metallstreifen 43, erzielen.In order to produce a good thermal and electrical contact, the
Wenn der Metallstreifen 43 aus dem gleichen Material wie die Rohrleitung gefertigt wird, beispielsweise aus Edelstahl, besitzt dieser eine vergleichsweise schlechte elektrische Leitfähigkeit. Zur Verbesserung der Leitfähigkeit ist es zum Beispiel möglich, auf den Metallstreifen 43 eine Schicht 51 aus einem elektrisch gut leitenden Material, beispielsweise Kupfer, aufzutragen. Das Verfahren zum Aufbringen der Schicht 51 muss geeignet sein, eine dicke elektrisch leitende Schicht aufzutragen. Die Schicht 51 kann dabei zum Beispiel durch Plattieren, insbesondere Sprengplattieren, auf den Metallstreifen 43 aufgebracht werden. Die Dicke des Metallstreifens 43 und der Schicht 51 aus elektrisch gut leitendem Material hängen insbesondere von der benötigten elektrischen Stromstärke ab. So eignet sich zum Beispiel zur Einspeisung eines elektrischen Stroms von 1000 A ein ca. 20 mm breiter und 3 mm dicker Metallstreifen 43, der mit einer 3 mm dicken Schicht 51 aus Kupfer beschichtet ist.If the
Durch das Aufziehen des Metallstreifens 43 werden Kräfte in das Rohrstück 45 eingetragen. Um eine unzulässige Verformung auszuschließen ist es daher erforderlich, das Rohrstück 45 ausreichend stabil, das heißt mit einer ausreichend großen Wanddicke zu fertigen. Bei dünnwandigen Rohrstücken kann die Stabilität zum Beispiel durch Umlegen eines Stahlbandes zur Ausbildung eines verstärkten Bereichs 53 erzielt werden.By pulling the
Wenn die hier dargestellte Anordnung zur Stromeinspeisung an einer Jouleschen Heizung betrieben wird, kann beobachtet werden, dass diese eine niedrigere Temperatur aufweist als die beheizte Rohrleitung. Durch eine Verjüngung 55 des Metallstreifens in der Nähe der Rohrleitung 1 kann gezielt eine heiße Stelle erzeugt werden, die den Bereich der Stromeinspeisung durch Wärmeleitung beheizen kann.If the arrangement shown here for power supply is operated on a Joule heater, it can be observed that this has a lower temperature than the heated pipe. By a
In
Zur Kompensation von thermisch bedingten Rohrleitungsbewegungen ist es notwendig, in lange Rohrleitungen 1 Kompensatoren 57 einzubauen, mit denen Rohrleitungsabschnitte 59, die durch die Kompensatoren 57 verbunden werden, bezüglich mechanischer Kräfte entkoppelt werden. Wenn die Rohrleitungsabschnitte 59 durch eine Joulesche Heizung beheizt werden, müssen die hierzu notwendigen großen Ströme über die Kompensatoren 57 geführt werden. Damit keine heißen oder kalten Stellen am Kompensator 57 bilden, muss der spezifische elektrische Widerstand des Kompensators 57 genauso groß sein wie der der restlichen Rohrleitung 1. Darüber hinaus muss auch die spezifische Wärmekapazität des Kompensators dem der restlichen Rohrleitung entsprechen. Ist dies nicht der Fall, besteht das Risiko, dass sich temporär während der Aufheizphase kalte oder heiße Stellen bilden können.To compensate for thermally induced pipe movements, it is necessary to install in
Eine gute Annäherung an diese Bedingungen wird erreicht, wenn ein Kompensator 57 in Form eines Wellrohres eingesetzt wird und bei diesem die Wanddicke der Kompensatorbälge 61 der der Rohrleitung entspricht. Dabei muss weiterhin berücksichtigt werden, dass durch die Wellung der Kompensatorbälge 61 der elektrische Widerstand des Kompensators 57 tendenziell steigt. Nicht auf Wellrohre basierende Kompensatoren können gegebenenfalls überhaupt nicht in das Joulesche Heizsystem eingebunden werden. Auch können mechanische Anforderungen an den Kompensator 57 die Einstellung eines geeigneten elektrischen Widerstandes stark erschweren.A good approximation to these conditions is achieved when a
Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, ist es möglich, innerhalb oder außerhalb des Kompensators 57 einen flexiblen Anpassungsleiter 63 vorzusehen. Mit dem Anpassungsleiter 63 kann der elektrische Widerstand des Kompensators 57 ohne wesentliche Veränderung seiner mechanischen Eigenschaften auf den Wert der restlichen Rohrleitung eingestellt werden. Mögliche Anpassungsparameter sind zum Beispiel Dicke, Länge und material des Anpassungsleiters 63. Durch die Verwendung des Anpassungsleiters 63 können alle Kompensatoren, auch solche, die nicht auf Wellrohren basieren, in einen Jouleschen Heizkreis einbezogen werden. neben nur einem Anpassungsleiter 63 ist es auch möglich, mehrere Anpassungsleiter 63 einzusetzen.To cope with these difficulties, it is possible to provide a
Die elektrischen Ströme aus den Anpassungsleitern werden an einer Stelle in die Rohrleitung eingeführt. Um die Ströme von dort aus gleichmäßig auf den Rohrleitungsumfang zu verteilen, können Metallstreifen 65 mit kleinem elektrischen Widerstand eingesetzt werden, die um die Rohrleitung 1 herum gezogen und geschweißt werden. Hierzu können zum Beispiel kupferplatinierte Edelstahlstreifen verwendet werden.The electrical currents from the matching conductors are introduced into the pipeline at one point. In order to evenly distribute the currents from there to the pipe circumference, metal strips 65 with low electrical resistance can be used, which are drawn around the
Bevorzugt ist es, wenn, wie in
- 11
- Rohrleitungpipeline
- 33
- erstes Endefirst end
- 55
- zweites Endesecond end
- 77
- Phasephase
- 99
- WechselstromquelleAC power source
- 1111
- RohrleitungsschleifeA pipe loop
- 1313
- Sammlercollector
- 1515
- Verteilerdistributor
- 1717
- Schenkelleg
- 1919
- Abschnittsection
- 2121
- erster Teilabschnittfirst section
- 2323
- zweiter Teilabschnittsecond subsection
- 2525
- dritter Teilabschnittthird section
- 2727
- Stromeinspeisungelectricity feed
- 2929
- Transformatortransformer
- 3131
- erstes Schaltgerätfirst switching device
- 3333
- zweites Schaltgerätsecond switching device
- 3535
- Umschalterswitch
- 3737
- innenliegender Heizleiterinternal heating conductor
- 3939
- Einführungintroduction
- 4141
- Stopfbuchspackunggland packing
- 4343
- Metallstreifenmetal strips
- 4545
- Rohrstückpipe section
- 4747
- FahneBanner, flag
- 4949
- freies Endefree end
- 5151
- Schicht aus elektrisch gut leitendem MaterialLayer of electrically good conductive material
- 5353
- verstärkter Bereichreinforced area
- 5555
- Verjüngungrejuvenation
- 5757
- Kompensatorcompensator
- 5959
- RohrleitungsabschnittPipeline section
- 6161
- Kompensatorbalgcompensator bellows
- 6363
- Anpassungsleitermatching conductor
- 6565
- Metallstreifenmetal strips
- R1R1
- erster Widerstandfirst resistance
- R2R2
- zweiter Widerstandsecond resistance
- R3R3
- dritter Widerstandthird resistance
Claims (15)
- An apparatus for heating a pipeline system, comprising at least two pipelines (1), along which in each case one electrical resistance heating element (37) extends, wherein a potential close to the ground potential is set at each electrical resistance heating element (37) at at least one end (3, 5), and in each case one electrical resistance heating element (37) is connected to in each case one terminal of a DC source or to in each case one phase (7) of an n-phase AC source (9) at a position remote from this end (3, 5), where, when using an n-phase AC source (9), n is an integer equal to or greater than 2.
- The apparatus according to claim 1, wherein a potential close to the ground potential is set at the electrical resistance heating element (37) at both ends, and the electrical resistance heating element (37) is connected to the terminal of the DC source or the phase of the AC source (9) between the ends.
- The apparatus according to claim 2, wherein the DC source or the phase of an AC source are floating, with only a voltage difference but no absolute potential being present at the voltage source.
- The apparatus according to one of claims 1 to 3, wherein each electrical resistance heating element (37) is divided into at least two sections (19), with a potential close to the ground potential being set at the ends of each section (19), and a terminal of a DC source or a phase of an AC source (9) being connected between the ends, with in each case the ends of all sections (19) which are fed from a DC source or an n-phase AC source (9) being electrically connected to one another.
- The apparatus according to claim 4, wherein each section (19) is fed from at least two current sources (9), with the possibility of each current source being a DC source or an AC source (9), and with the current sources each being connected at different positions on the electrical resistance heating element (37).
- The apparatus according to claim 5, wherein at least one current source (9), from which the section (19) is fed, is a DC source and at least one current source is an AC source.
- The apparatus according to claim 5, wherein all of the current sources (9) are AC sources or all of the current sources are DC sources, with the current sources being operated alternately such that in each case only one current source feeds current into the section.
- The apparatus according to claim 5, wherein all of the current sources (9) are AC sources, which are operated at different frequencies or on phases which are shifted with respect to one another, the current sources feeding current simultaneously or alternately.
- The apparatus according to one of claims 1 to 8, wherein, when using DC sources, in the event of a number of pipelines (1) which is greater than two, in each case two pipelines are combined to form a group, with the electrical resistance heating elements (37) in said group being connected to the terminals of a DC source, or, when using n-phase AC sources (9), in the event of a number of pipelines (1) which is greater than n, in each case n pipelines (1) are combined to form a group, with the electrical resistance heating elements (37) in said group being connected to the phases of an AC source (9).
- The apparatus according to one of claims 1 to 9, wherein the electrical resistance heating element (37) is a heating conductor routed in the pipeline (1).
- The apparatus according to one of claims 1 to 10, wherein the wall of the pipeline (1) is at least partially electrically conductive, and the electrical resistance heating element is formed by the wall of the pipeline (1).
- The apparatus according to claim 11, characterized in that, in order to introduce current, a metal strip (43) coated with a layer (51) of a material with good electrical conductivity is fastened electrically conductively radially on the wall of the pipeline (1), and the metal strip (43) has a lug (47) protruding away from the pipeline, at which lug a current source can be connected.
- The apparatus according to claim 11 or 12, characterized in that compensators (57) are accommodated in the pipeline (1), wherein electrical contact is made between the pipeline sections (59) which are connected by a compensator (57) by at least one adapter conductor (61) passing through the compensator.
- The apparatus according to one of claims 1 to 13, wherein a heat transfer agent flows through the pipelines (1).
- The apparatus according to one of claims 1 to 14, wherein the pipelines (1) are heating loops in a solar power station.
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