EP3071871A1 - Beheizbarer hohlkörper - Google Patents

Beheizbarer hohlkörper

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Publication number
EP3071871A1
EP3071871A1 EP14757894.2A EP14757894A EP3071871A1 EP 3071871 A1 EP3071871 A1 EP 3071871A1 EP 14757894 A EP14757894 A EP 14757894A EP 3071871 A1 EP3071871 A1 EP 3071871A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heatable
hollow body
layer
electrical conductor
heated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14757894.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Sostmann
Corinna Lorenz
Steffen Wietzke
Frank Jungrichter
Harald Koch
Alexej GRIB
Wolfram Herrmann
Nikolai BLUM
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ContiTech AG
Original Assignee
ContiTech AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ContiTech AG filed Critical ContiTech AG
Publication of EP3071871A1 publication Critical patent/EP3071871A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L53/00—Heating of pipes or pipe systems; Cooling of pipes or pipe systems
    • F16L53/30—Heating of pipes or pipe systems
    • F16L53/35—Ohmic-resistance heating
    • F16L53/38—Ohmic-resistance heating using elongate electric heating elements, e.g. wires or ribbons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L53/00—Heating of pipes or pipe systems; Cooling of pipes or pipe systems
    • F16L53/30—Heating of pipes or pipe systems
    • F16L53/35—Ohmic-resistance heating
    • F16L53/37—Ohmic-resistance heating the heating current flowing directly through the pipe to be heated

Definitions

  • the invention relates to a heatable hollow body according to the preamble of claim 1 and a system with such a heatable hollow body.
  • EP 1 329 660 A2 relates to a flexible, multilayer, heatable hose in the field of SCR (Selective Catalytic Reduction) hose technology with a resistance heating conductor loaded in above the reinforcing layer and below the outer rubber layer.
  • SCR Selective Catalytic Reduction
  • DE 10 2009 003 394 A1 relates to a heatable article, in particular a heatable hose in the field of SCR hose technology, with a plastic coated heat conductor and a method for its production.
  • the strands used here have Polyphenylenkunststoffe-based sheaths.
  • DE 199 15 228 AI relates to a heatable hose for a motor vehicle brake device with a pressure hose with integrated heating element.
  • the heat is always not evenly distributed over the wall of the hollow body but locally in the vicinity of the heating element is significantly higher than in the surrounding areas of the wall.
  • the heating power is defined by the resistance of the heating conductors, i. the heating system is very sensitive to all influences on the resistivity of the heating conductors, as this would change the heating power during operation.
  • the effort is very high to protect the heating element specifically against corrosion phenomena. For this purpose, specific sheaths of the heating conductors can be provided, which must not be injured during the manufacturing process. Especially for
  • DE 10 2010 051 550 A1 relates to a prefabricated electrically heatable
  • embedded heating element the heat source for heating the
  • a middle layer of the pipe part can consist of a plastic material filled with at least one conductive component, in particular of a plastic material filled with carbon black, metal powder or carbon nanotubes.
  • Hollow body and thus are arranged relatively far away from the medium to be heated.
  • An object of the present invention is to improve an electrically heatable hollow body of the type described above in its heat efficiency, but at least to provide alternatives to the known electrically heatable hollow bodies.
  • the object is fiction, by a heatable hollow body with the
  • the present invention relates to a heatable hollow body for transport and / or storage of liquid, gaseous and / or pasty media with at least one heatable layer having an electrically conductive material.
  • the heatable hollow body is characterized in that the heatable layer at least partially, preferably as far as possible, particularly preferably completely, is in direct contact with the medium to be heated.
  • the invention is based on the finding to use a whole layer of the hollow body instead of the usual line-shaped heating wires for heating the medium to the largest possible and uniform heat generation and
  • this heating layer in direct contact with the medium to be heated.
  • the heat is released faster, more evenly and lossless to the medium, whereby the heating can be set and regulated more easily and more direct and electrical energy can be saved.
  • the electrically conductive material has such a high electrical resistance that it can heat the heatable layer as a resistance conductor, and the electrically conductive material has such a low electrical resistance that the heatable layer is simultaneously electrically conductive.
  • This balance between electrical conductivity and electrical resistance can be adjusted by the specific resistance of the material through the choice of the corresponding constituents or their proportions in the composition of the material. In this case, given sufficient electrical power loss in the heatable layer, there must be a flow of the electrical current through the electrically conductive material.
  • the heatable layer comprises an elastomeric material or a plastic material, in which the electrically conductive material is embedded.
  • the hollow body can e.g. as a hose from one
  • Elastomeric material such as e.g. Be provided with rubber, e.g. flexible, flexible and / or elastic or made of plastic e.g. as a medium tank with low weight.
  • Heat loss can be through appropriate additions of electrically conductive
  • the electrically conductive material is a conductive black or a metal powder or carbon nanotube. Such ingredients can be easily and safely process and dose to safely the desired electrical
  • Elastomer blends conceivable, but have been found to be particularly advantageous soot-filled elastomer mixtures, since these have a comparatively high heat dissipation performance in the conduction of the electric current and a suitable material intrinsic, d. H. specific resistance can be adjusted.
  • the heatable hollow body has a first electrical conductor, which is electrically conductively connected to the heatable layer, and a second electrical conductor, which is electrically conductively connected to the heatable layer, wherein the first electrical conductor and the second electrical conductors have a low electrical resistance.
  • the heatable layer can be connected to a voltage source to supply the electrical heating power.
  • the electrical conductors do not themselves serve as heating resistors but as electrodes and therefore have the highest possible electrical conductivity in order to supply the electric current as lossless as possible to the electrically conductive material of the heatable layer, i. to drop as much voltage as possible over the electrically conductive material of the heatable layer.
  • the electrodes therefore have a good conductive material or consist of this. This electrode material must be as regards the constituents of the heatable layer, e.g. its rubber or plastic components as well as against the
  • metallic electrodes e.g. made of copper. It is advantageous here that metallic electrodes are cheap and easy to process. Furthermore, metallic electrodes are not so sensitive to smaller ones
  • Sheath be provided around the electrodes, at least not at the points where they should have an electrically conductive contact with the heatable layer, because this would be prevented by the sheath.
  • the first electrical conductor and / or the second electrical conductor has or have an electrically conductive non-metallic material.
  • the electrodes are used as conductive yarns or strands, e.g. Carbon fibers, conductive polymeric yarns, conductive textile yarns and conductive modified rubber mixtures have or can consist of these.
  • the heatable hollow body is a heatable hose and the first electrical conductor and the second electrical conductor are helically arranged at a constant distance from one another in the circumferential direction on the side of the heatable layer facing away from the medium to be heated. On the one hand, this has the advantage that the electrodes are protected both mechanically and chemically by the heatable layer relative to the medium. Furthermore, the
  • Electrodes are applied to the heatable layer from the outside, which simplifies the production.
  • the electrodes can also be integrated into possible further outer layers of the tube or fixed and protected by them.
  • the combination of an electrically conductive heatable layer with an electrode system causes the charge carriers to be uniformly distributed over the entire coil length of the electrodes with a correspondingly selected resistance ratio between electrodes and electrically conductive material, and only the short distance between the two electrodes in an approximately homogeneous have to overcome electric field. This is particularly advantageous in combination with conductive elastomer layers, because at distances of, for example, a few millimeters to centimeters, it is quite simple At moderate voltages significant currents and associated with it
  • Electrodes distance of the electrodes to each other and applied voltage find an appropriate combination for almost every application.
  • a great advantage of this aspect of the invention is that the length of the heatable hose has hardly any influence on the functioning of the invention.
  • the applied voltage and the resulting heating power are relatively independent of the length of the inserted electrodes. This makes it possible, the invention without much adaptation to a variety of different hose lengths
  • Electrode parameters can be used for many applications.
  • the first electrical conductor has a contact connection at one end of the heatable hose and a contact connection at the opposite end of the heatable hose.
  • a heatable hose there is the possibility of variation in connecting the two electrodes to the voltage source at the same end of the tube, which leads to a current transmission in the same direction, or to provide one of the two electrodes at each end of the tube, which means an opposing current conduction. This has an influence on the distribution of heat over the hose length.
  • the approach is to make a contact at both ends,
  • the ratio of the specific resistance of the electrode material in relation to the electric plays
  • Tube length must be available evenly, this requires the lowest possible electrode resistance with respect to the resistance of the heated layer. This is also advantageous because then more voltage drops across the heatable layer and there the electrical work can be dissipated into heat.
  • the heatable hollow body has a multi-layered wall whose innermost layer is the heatable layer, the wall also having a reinforcement layer which is arranged on the side of the heatable layer facing away from the medium to be heated.
  • a reinforcement layer which is arranged on the side of the heatable layer facing away from the medium to be heated.
  • the first electrical conductor and / or the second electrical conductor is or are contained in the reinforcement layer. In this way, the position of the electrodes relative to the surface of the heatable layer as well as a regular contact of the electrodes to the heatable layer can be ensured.
  • the invention also relates to a system for electrically heating liquid, gaseous and / or pasty media with a heatable hollow body as described above and a voltage source, preferably a DC voltage source, which is electrically conductively connected to the first electrical conductor and to the second electrical conductor.
  • a voltage source preferably a DC voltage source
  • the energization of the heatable layer via the electrodes can in principle be carried out in such a way that it is supplied with direct voltage or with alternating voltage.
  • the DC voltage approach has proved to be advantageous, since fewer electric fields are emitted, which is, for example, is advantageous for the use of the heatable hollow body according to the invention in automobiles.
  • FIG. 1 is a perspective schematic representation of a heatable hollow body in the form of a heatable tube according to a first embodiment
  • 2 shows a perspective schematic view of a heatable hollow body in the form of a heatable hose according to a second embodiment
  • Fig. 3 shows a system for electrical heating with a heatable hose according to the first embodiment.
  • FIG. 1 shows a perspective schematic illustration of a heatable hollow body 1 in the form of a heatable hose 1 according to a first exemplary embodiment.
  • the heatable hose 1 has a heatable layer 11, which is the innermost layer 11 of its wall structure and thereby is directly in contact with the medium to be heated in the interior of the heated hose 1. Additional layers may be provided around this heatable innermost layer 11 (not shown).
  • On the heatable layer 11 is a pair of electrodes 13, 14 in the form of a first
  • electrical conductor 13 and a second electrical conductor 14 are arranged so that these via an electrically conductive material such.
  • Leitruß, metal powder or carbon nanotubes are electrically conductively connected to each other surface.
  • FIG. 2 shows a perspective schematic representation of a heatable hollow body 1 in the form of a heatable hose 1 according to a second exemplary embodiment.
  • the two electrodes 13, 14 are within one
  • Hose 1 integrated.
  • Fig. 3 shows a system for electrical heating with a heatable hose 1 according to the first embodiment.
  • the two electrodes 13, 14 are each electrically conductively connected via a contact connection 15, 16 to a voltage source 2, which is preferably a DC voltage source 2.
  • a voltage source 2 which is preferably a DC voltage source 2.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen beheizbaren Hohlkörper (1) zum Transport und/oder zur Speicherung flüssiger, gasförmiger und/oder pastöser Medien, mit wenigstens einer beheizbaren Schicht (11), die ein elektrisch leitfähiges Material aufweist. Der beheizbare Hohlkörper (1) ist dadurch gekennzeichnet, dass die beheizbare Schicht (11) zumindest teilweise, vorzugsweise weitestgehend, besonders bevorzugt vollständig, in direktem Kontakt mit dem zu beheizenden Medium steht.

Description

Beschreibung
Beheizbarer Hohlkörper
Die Erfindung betrifft eine beheizbaren Hohlkörper gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein System mit einem derartigen beheizbaren Hohlkörper.
Auf dem Gebiet der Hohlkörper zum Transport bzw. zur Speicherung von flüssigen, gasförmigen oder pastösen Medien sind verschiedene Anwendungen bekannt, bei denen die Hohlkörper elektrisch beheizbar sind. Hierdurch kann z.B. bei dem Transport bzw. bei der Speicherung eine vorbestimmte Temperatur erreicht werden. Ferner ist dies insbesondere dann von Bedeutung, wenn Medien in dem Hohlkörpern transportiert bzw. gespeichert werden sollen, bei denen die Gefahr besteht, dass sie während des Einsatzes einfrieren können und so einen Transport durch den Hohlkörper bzw. Abtransport aus dem Hohlkörper verhindert werden kann. Diese betrifft z.B. Schläuche zum Transport von Wasser bzw. wässrigen Medien. Auch für Anwendungen zum Transport bzw. zur
Speicherung hochviskoser Medien wie z.B. Öle kann es sinnvoll sein, durch Erwärmen des Mediums die Viskosität des Mediums zu verringern und damit den Transport des Mediums zu erleichtern. Die beschriebenen technischen Lösungen hierzu beruhen i. Allg. auf der Integration von Heizleitern in Form von Widerstandsheizleitern in die Konstruktion der Hohlkörper.
Die DE 10 2012 002 411 AI betrifft eine beheizbare Medienleitung und beschreibt einen Schlauchaufbau mit einem Heizelement aus Widerstandslitzen. Die EP 1 329 660 A2 betrifft einen flexiblen, mehrschichtigen, beheizbaren Schlauch auf dem Gebiet der SCR-Schlauch-Technologie (selective catalytic reduction) mit eingespultem Widerstands-Heizleiter oberhalb der Festigkeitsträgerschicht und unterhalb der äußeren Gummi-Schicht.
Die DE 10 2009 003 394 AI betrifft einen beheizbaren Artikel, insbesondere einen beheizbaren Schlauch auf dem Gebiet der SCR-Schlauch-Technologie, mit einem kunststoffummantelten Heizleiter und einem Verfahren zu dessen Herstellung. Die hier verwendeten Litzen weisen Polyphenylenkunststoffe-basierte Ummantelungen auf.
Die DE 199 15 228 AI betrifft einen beheizbaren Schlauch für eine Kraftfahrzeug- Bremsvorrichtung mit einem Druckschlauch mit integriertem Heizleiter.
Nachteilig ist bei den zuvor beschriebenen beheizbaren Artikeln, dass die Wärme stets nicht gleichmäßig über die Wandung des Hohlkörpers verteilt wird sondern lokal in der Nähe der Heizleiter deutlich höher ist als in den umgebenden Bereichen der Wandung. Ferner wird die Heizleistung über den Widerstand der Heizleiter definiert, d.h. das Heizsystem ist sehr empfindlich auf alle Einflüsse auf den spezifischen Widerstand der Heizleiter, da sich damit die Heizleistung im Betrieb ändern würde. Desweiteren ist der Aufwand sehr hoch, die Heizleiter speziell gegen Korrosionsphänomene zu schützen. Zu diesem Zweck können spezifische Ummantelungen der Heizleiter vorgesehen werden, die auch während des Herstellprozesses nicht verletzt werden dürfen. Speziell zur
Sicherstellung der intakten Heizleiterummantelung werden sehr aufwendige
Prozessüberwachungsschritte benötigt wie z.B. Spark-Tests, die die
Materialspezifikationen der Schichten des Hohlkörpers mit beeinflusst (z.B. die
Leitfähigkeitsanforderungen an die einzelnen Gummischichten eines Schlauches).
Die DE 10 2010 051 550 AI betrifft eine konfektionierte elektrisch beheizbare
Medienleitung mit zumindest einem Rohrleitungsteil mit integrierter elektrisch leitfähiger Einrichtung in Form von entweder in die Rohrwandung eingebetteten Heizleitern oder in leitfähiges Material, das in der Rohrwandung vorgesehen ist, eingebetteten elektrischen Leitern. Bei eingebettetem Heizleiter ist die Wärmequelle zum Beheizen des
Rohrleitungsteils der Heizleiter selbst und bei den in leitfähiges Material eingebetteten elektrischen Leitern ist die Wärmequelle das leitfähige Material, das zwischen den dann als Pole wirkenden elektrischen Leitern von elektrischem Strom durchflössen wird. In letzterem Fall kann eine mittlere Schicht des Rohrleitungsteils aus einem mit zumindest einer leitfähigen Komponente gefüllten Kunststoffmaterial bestehen, insbesondere aus einem mit Leitruß, Metallpulver oder Carbon-Nanotubes gefüllten Kunststoffmaterial.
Nachteilig ist allen zuvor beschriebenen Lösungen, dass die bekannten beheizbaren Hohlkörper stets eine schlechte Wärmeeffizienz aufweisen. Dies ist dadurch begründet, dass die Heizleiter bzw. die heizende Schicht eher in der Mitte der Wandung der
Hohlkörper und damit relativ weit entfernt von dem zu beheizenden Medium angeordnet sind. Beispielsweise sind die Heizleiter bzw. die heizende Schicht bei Schläuchen i.Allg. oberhalb der äußersten Verstärkungsträgerlage angeordnet. Hierdurch ist es schwierig, die elektrisch erzeugte Wärme zum Medium im Inneren des Hohlkörpers zu transportieren. Es entstehen große Wärmeverluste, weil ein wesentlicher Anteil der elektrisch erzeugten Wärme zur Wandung nach außen hin transportiert und dort an die Umgebung abgegeben wird, ohne das Medium zu erwärmen. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrisch beheizbaren Hohlkörper der eingangs beschriebenen Art in seiner Wärmeeffizienz zu verbessern, zumindest aber Alternativen zu den bekannten elektrisch beheizbaren Hohlkörpern bereit zu stellen.
Die Aufgabe wird erfindungs gemäß durch einen beheizbaren Hohlkörper mit den
Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie ein System mit den Merkmalen gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung einen beheizbaren Hohlkörper zum Transport und bzw. oder zur Speicherung flüssiger, gasförmiger und bzw. oder pastöser Medien mit wenigstens einer beheizbaren Schicht, die ein elektrisch leitfähiges Material aufweist. Der beheizbare Hohlkörper ist dadurch gekennzeichnet, dass die beheizbare Schicht zumindest teilweise, vorzugsweise weitestgehend, besonders bevorzugt vollständig, in direktem Kontakt mit dem zu beheizenden Medium steht.
Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, eine ganze Schicht des Hohlkörpers anstelle der bisher üblichen linienförmigen Heizdrähte zur Beheizung des Mediums zu verwenden, um eine möglichst flächige und gleichmäßige Wärmeerzeugung und
Ausbreitung zu erreichen, und gleichzeitig diese Heizschicht in direkten Kontakt mit dem zu beheizenden Medium zu bringen. Hierdurch wird die Wärme schneller, gleichmäßiger und verlustfreier an das Medium abgegeben, wodurch die Beheizung einfacher und direkter eingestellt bzw. geregelt sowie elektrische Energie eingespart werden kann.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das elektrisch leitfähige Material einen derart großen elektrischen Widerstand auf, dass es die beheizbare Schicht als Widerstandsleiter beheizen kann, und das elektrisch leitfähige Material weist einen derart geringen elektrischen Widerstand auf, dass die beheizbare Schicht gleichzeitig elektrisch leitfähig ist. Diese Balance zwischen elektrischer Leitfähigkeit und elektrischem Widerstand kann über den spezifischen Widerstand des Materials durch die Wahl der entsprechenden Bestandteile bzw. deren Anteile an der Zusammensetzung des Materials eingestellt werden. Hierbei muss bei ausreichender elektrischer Verlustleistung in der beheizbaren Schicht ein Fluss des elektrischen Stromes durch das elektrisch leitfähige Material gegeben sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die beheizbare Schicht ein elastomeres Material oder ein Kunststoffmaterial auf, in welches das elektrisch leitfähige Material eingebettet ist. Auf diese Weise kann der Hohlkörper z.B. als Schlauch aus einem
Elastomermaterial wie z.B. Gummi vorgesehen sein, um ihn z.B. flexibel, biegsam und bzw. oder dehnbar zu gestalten, oder aus Kunststoff z.B. als Medientank mit geringem Gewicht. Die elektrische Leitfähigkeit bei gleichzeitiger Erzeugung elektrischer
Wärmeverluste kann über entsprechende Beigaben von elektrischen leitfähigen
Bestandteilen in das Gummi- bzw. Kunststoffmaterial erfolgen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das elektrische leitfähige Material ein Leitruß oder ein Metallpulver oder Carbon-Nanotubes. Derartige Bestandteile lassen sich einfach und sicher verarbeiten und dosieren, um sicher die gewünschte elektrische
Leitfähigkeit bei gleichzeitig gewünschtem elektrischem Widerstand zu erzielen. Bei beheizbaren Schichten aus Gummi sind im Prinzip alle leitfähig ausgerüsteten
Elastomermischungen denkbar, als besonders vorteilhaft haben sich aber rußgefüllte Elastomermischungen herausgestellt, da diese bei der Leitung des elektrischen Stroms eine vergleichsweise hohe Wärmeverlustleistung aufweisen und auf einen geeigneten materialintrinsischen, d. h. spezifischen Widerstand eingestellt werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der beheizbare Hohlkörper einen ersten elektrischen Leiter, der elektrisch leitfähig mit der beheizbaren Schicht verbunden ist, und einen zweiten elektrischen Leiter, der elektrisch leitfähig mit der beheizbaren Schicht verbunden ist, auf, wobei der erste elektrische Leiter und der zweite elektrische Leiter einen geringen elektrischen Widerstand aufweisen. Über diese elektrischen Leiter kann die beheizbare Schicht mit einer Spannungsquelle verbunden werden, um ihr die elektrische Heizleistung zuzuführen. Die elektrischen Leiter dienen dabei erfindungsgemäß nicht selbst als Heizwiderstände sondern als Elektroden und weisen daher eine möglichst hohe elektrische Leitfähigkeit auf, um den elektrischen Strom möglichst verlustfrei dem elektrisch leitfähigen Material der beheizbaren Schicht zuzuführen, d.h. möglichst viel Spannung über dem elektrisch leitfähigen Material der beheizbaren Schicht abfallen zu lassen. Die Elektroden weisen daher ein gut leitfähiges Material auf bzw. bestehen aus diesem. Dieses Elektrodenmaterial muss hinsichtlich der Bestandteile der beheizbaren Schicht, z.B. dessen Gummi- oder Kunststoffbestandteilen sowie gegenüber dem
Herstellungsprozess des beheizbaren Hohlkörpers stabil sein.
Hierzu können z.B. metallische Elektroden z.B. aus Kupfer verwendet werden. Vorteilhaft ist hierbei, dass metallische Elektroden günstig verfügbar und einfach zu verarbeiten sind. Ferner sind metallische Elektroden nicht so empfindlich gegenüber kleineren
Materialveränderungen wie bei ihrer Verwendung als Heizleiter. So ist Korrosion in kleinerem Umfang nicht bedeutend für die Funktionstüchtigkeit der Elektroden im Gegensatz zu den Heizleitern. Deswegen müssen die erfindungsgemäßen Elektroden auch nicht extra ummantelt und geschützt werden, was die Herstellung vereinfacht und günstiger macht. Auch darf erfindungs gemäß gar keine elektrisch isolierende
Ummantelung um die Elektroden vorgesehen sein, zumindest nicht an den Stellen, an denen sie mit der beheizbaren Schicht einen elektrisch leitfähigen Kontakt aufweisen sollen, weil dieser durch die Ummantelung unterbunden wäre.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist bzw. weisen der erste elektrische Leiter und bzw. oder der zweite elektrische Leiter ein elektrisch leitfähiges nicht- metallisches Material auf. Dies bedeutet, dass die Elektroden als leitfähige Garne oder Litzen z.B. Kohlefasern, leitfähige polymere Garne, leitfähig ausgerüstete textile Garne sowie leitfähig modifizierte Gummimischungen aufweisen bzw. aus diesen bestehen können. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der beheizbare Hohlkörper ein beheizbarer Schlauch und der erste elektrische Leiter und der zweite elektrische Leiter sind wendeiförmig mit konstantem Abstand zueinander in Umfangsrichtung auf der dem zu beheizenden Medium abgewandten Seite der beheizbaren Schicht angeordnet. Dies hat zum einen den Vorteil, dass die Elektroden durch die beheizbare Schicht gegenüber dem Medium sowohl mechanisch als auch chemisch geschützt werden. Ferner können die
Elektroden auf die beheizbare Schicht von außen aufgebracht werden, was die Herstellung vereinfacht. Auch können die Elektroden in mögliche weitere äußere Schichten des Schlauches eingebunden bzw. durch diese fixiert und geschützt werden. Die Kombination einer elektrisch leitfähig eingerichteten beheizbaren Schicht mit einem Elektrodensystem führt dazu, dass sich bei entsprechend gewähltem Widerstandsverhältnis zwischen Elektroden und elektrisch leitfähigem Material die Ladungsträger gleichmäßig auf der gesamten Spulenlänge der Elektroden verteilen und nur die kurze Distanz zwischen den beiden Elektroden in einem dann annähernd homogenen elektrischen Feld überwinden müssen. Das ist speziell in Kombination mit leitfähigen Elastomerschichten von großem Vorteil, weil auf Abständen von z.B. wenigen Millimetern bis Zentimetern recht einfach bei moderaten Spannungen signifikante Stromstärken und damit verbunden auch
Wärmeverlustleistungen erzeugt werden können. So lässt sich durch die Kombination der Parameter spezifischer Widerstand der Heizschicht, spezifischer Widerstand der
Elektroden, Abstand der Elektroden zueinander und angelegte Spannung nahezu für jede Anwendung eine geeignete Kombination finden.
Ein großer Vorteil dieses Aspekts der Erfindung besteht noch darin, dass die Länge des beheizbaren Schlauches auf die Funktionsweise der Erfindung kaum einen Einfluss hat. Die angelegte Spannung und die daraus resultierende Heizleistung sind von der Länge der eingespulten Elektroden relativ unabhängig. Das ermöglicht es, die Erfindung ohne größeren Anpassungsaufwand auf eine Vielzahl verschiedener Schlauchlängen
anzuwenden. Dabei kann die gleiche beheizbare Schicht mit den gleichen
Elektrodenparametern (Abstand, Spulparameter) für viele Anwendungsfälle verwendet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der erste elektrische Leiter an einem Ende des beheizbaren Schlauches einen Kontaktanschluss und der zweite elektrische Leiter am gegenüberliegenden Ende des beheizbaren Schlauches einen Kontaktanschluss auf. Grundsätzlich gibt es bei einem beheizbaren Schlauch die Variationsmöglichkeiten, die beiden Elektroden am gleichen Schlauchende mit der Spannungsquelle zu verbinden, was zu einer gleichsinnigen Stromübertragung führt, oder an jeweils einem Schlauchende eine der beiden Elektroden vorzusehen, was eine gegensinnige Stromführung bedeutet. Das hat einen Einfluss auf die Verteilung der Wärmeentwicklung über die Schlauchlänge. Dabei führt der Ansatz, an beiden Enden jeweils eine Kontaktierung vorzunehmen,
vorteilhafterweise zu einer homogenen Wärmeverteilung wohingegen sich mittels einer gleichsinnigen Stromführung ein Gradient erreichen lässt. Hierbei spielt das Verhältnis des spezifischen Widerstands des Elektrodenmaterials in Relation zum elektrischen
Widerstand der beheizbaren Schicht eine Rolle. Da der Strom auf der gesamten
Schlauchlänge gleichmäßig zur Verfügung stehen muss, erfordert dies einen möglichst geringen Elektrodenwiderstand in Bezug auf den Widerstand der beheizbaren Schicht. Dies ist auch deshalb von Vorteil, weil dann mehr Spannung über der beheizbaren Schicht abfällt und dort die elektrische Arbeit in Wärme dissipiert werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der beheizbare Hohlkörper eine mehrschichtige Wandung auf, dessen innerste Schicht die beheizbare Schicht ist, wobei die Wandung ferner eine Festigkeitsträgerschicht aufweist, die auf der dem zu beheizenden Medium abgewandten Seite der beheizbaren Schicht angeordnet ist. Auf diese Weise kann eine Verstärkung der Stabilität des beheizbaren Hohlkörpers erreicht werden, falls bzw. in welchem Maße diese gewünscht ist. Als Festigkeitsträgerschicht können z.B. Gewirke, Geflechte und bzw. oder Gestricke verwendet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist bzw. sind der erste elektrische Leiter und bzw. oder der zweite elektrische Leiter in der Festigkeitsträgerschicht enthalten. Hierdurch kann die Lage der Elektroden gegenüber der Oberfläche der beheizbaren Schicht sowie ein regelmäßiger Kontakt der Elektroden zur beheizbaren Schicht sichergestellt werden.
Die Erfindung betrifft auch ein System zur elektrischen Beheizung flüssiger, gasförmiger und bzw. oder pastöser Medien mit einem beheizbaren Hohlkörper wie zuvor beschrieben und einer Spannungsquelle, vorzugsweise einer Gleichspannungsquelle, die mit dem ersten elektrischen Leiter und mit dem zweiten elektrischen Leiter elektrisch leitfähig verbunden ist. Die Bestromung der beheizbaren Schicht über die Elektroden kann grundsätzlich derart erfolgen, dass mit Gleichspannung oder mit Wechselspannung bestromt wird. Als vorteilhaft hat sich dabei der Ansatz mit Gleichspannung herausgestellt, da weniger elektrische Felder emittiert werden, was z.B. für den Einsatz des erfindungsgemäßen beheizbaren Hohlkörpers in Automobilen vorteilhaft ist.
Zwei Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische schematische Darstellung eines beheizbaren Hohlkörpers in Form eines beheizbaren Schlauches gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; Fig. 2 eine perspektivische schematische Darstellung eines beheizbaren Hohlkörpers in Form eines beheizbaren Schlauches gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
Fig. 3 ein System zur elektrischen Beheizung mit einem beheizbaren Schlauch gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische schematische Darstellung eines beheizbaren Hohlkörpers 1 in Form eines beheizbaren Schlauches 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Der beheizbare Schlauch 1 weist eine beheizbare Schicht 11 auf, die die innerste Schicht 11 seines Wandaufbaus ist und hierdurch direkt mit dem zu beheizenden Medium im Inneren des beheizbaren Schlauches 1 vollständig in Kontakt steht. Um diese beheizbare innerste Schicht 11 herum können weitere Schichten vorgesehen sein (nicht dargestellt). Auf der beheizbaren Schicht 11 ist ein Paar von Elektroden 13, 14 in Form eines ersten
elektrischen Leiters 13 und eines zweiten elektrischen Leiters 14 derart angeordnet, dass diese über ein elektrisch leitfähiges Material wie z.B. Leitruß, Metallpulver oder Carbon- Nanotubes elektrisch leitfähig miteinander flächig verbunden sind. Wird nun eine
Spannung an die Elektroden 13, 14 angelegt, so führen die Stromwärmeverluste im elektrisch leitfähigen Material über die so beheizte innerste Schicht 11 des Schlauches 1 zu einer direkten Erwärmung des Mediums im Inneren des beheizbaren Schlauches 1.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische schematische Darstellung eines beheizbaren Hohlkörpers 1 in Form eines beheizbaren Schlauches 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem Fall sind die beiden Elektroden 13, 14 (nicht dargestellt) innerhalb einer
Festigkeitsträgerschicht 12 einer mehrschichtigen Wandung 10 des beheizbaren
Schlauches 1 integriert.
Fig. 3 zeigt ein System zur elektrischen Beheizung mit einem beheizbaren Schlauch 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die beiden Elektroden 13, 14 sind hierzu jeweils über einen Kontaktanschluss 15, 16 elektrisch leitfähig mit einer Spannungsquelle 2 verbunden, die vorzugsweise eine Gleichspannungsquelle 2 ist. Bezugszeichenliste
(Teil der Beschreibung)
1 Beheizbarer Hohlkörper, vorzugsweise beheizbarer Schlauch
10 mehrschichtige Wandung des beheizbaren Hohlkörpers 1
11 beheizbare Schicht, innerste Schicht des beheizbaren Hohlkörpers 1
12 Festigkeitsträgerschicht
13 erster elektrischer Leiter, erste Elektrode
14 zweiter elektrischer Leiter, zweite Elektrode
15 Kontaktanschluss des ersten elektrischen Leiters 13
16 Kontaktanschluss des zweiten elektrischen Leiters 14
2 (Gleich-)Spannungsquelle

Claims

Patentansprüche
1. Beheizbarer Hohlkörper (1) zum Transport und/oder zur Speicherung flüssiger, gasförmiger und/oder pastöser Medien, mit
wenigstens einer beheizbaren Schicht (11), die ein elektrisch leitfähiges Material aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die beheizbare Schicht (11) zumindest teilweise, vorzugsweise weitestgehend, besonders bevorzugt vollständig, in direktem Kontakt mit dem zu beheizenden Medium steht.
2. Beheizbarer Hohlkörper (1) nach Anspruch 1,
wobei das elektrisch leitfähige Material einen derart großen elektrischen Widerstand aufweist, dass es die beheizbare Schicht (11) als Widerstandsleiter beheizen kann, und
wobei das elektrisch leitfähige Material einen derart geringen elektrischen
Widerstand aufweist, dass die beheizbare Schicht (11) gleichzeitig elektrisch leitfähig ist.
3. Beheizbarer Hohlkörper (1) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die beheizbare Schicht (11) ein elastomeres Material oder ein
Kunststoffmaterial aufweist, in welches das elektrisch leitfähige Material eingebettet ist.
4. Beheizbarer Hohlkörper (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das elektrische leitfähige Material ein Leitruß oder ein Metallpulver ist oder Carbon-Nanotubes .
5. Beheizbarer Hohlkörper (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner mit
einem ersten elektrischen Leiter (13), der elektrisch leitfähig mit der beheizbaren Schicht (11) verbunden ist, und einem zweiten elektrischen Leiter (14), der elektrisch leitfähig mit der beheizbaren Schicht (11) verbunden ist,
wobei der erste elektrische Leiter (13) und der zweite elektrische Leiter (14) einen geringen elektrischen Widerstand aufweisen.
6. Beheizbarer Hohlkörper (1) nach Anspruch 5,
wobei der erste elektrische Leiter (13) und/oder der zweite elektrische Leiter (14) ein elektrisch leitfähiges nicht-metallisches Material aufweist bzw. aufweisen.
7. Beheizbarer Hohlkörper (1) nach Anspruch 5 oder 6,
wobei der beheizbare Hohlkörper (1) ein beheizbarer Schlauch (1) ist, und wobei der erste elektrische Leiter (13) und der zweite elektrische Leiter (14) wendeiförmig mit konstantem Abstand zueinander in Umfangsrichtung auf der dem zu beheizenden Medium abgewandten Seite der beheizbaren Schicht (11) angeordnet sind.
8. Beheizbarer Hohlkörper (1) nach Anspruch 7,
wobei der erste elektrische Leiter (13) an einem Ende des beheizbaren Schlauches (1) einen Kontaktanschluss (15) aufweist, und
wobei der zweite elektrische Leiter (14) am gegenüberliegenden Ende des beheizbaren Schlauches (1) einen Kontaktanschluss (16) aufweist.
9. Beheizbarer Hohlkörper (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei der beheizbare Hohlkörper (1) eine mehrschichtige Wandung (10) aufweist, dessen innerste Schicht die beheizbare Schicht (11) ist,
wobei die Wandung (10) ferner eine Festigkeitsträgerschicht (12) aufweist, die auf der dem zu beheizenden Medium abgewandten Seite der beheizbaren Schicht (11) angeordnet ist.
10. Beheizbarer Hohlkörper (1) nach Anspruch 9, wobei der erste elektrische Leiter (13) und/oder der zweite elektrische Leiter (14) in der Festigkeitsträgerschicht (12) enthalten ist bzw. sind.
11. System zur elektrischen Beheizung flüssiger, gasförmiger und/oder pastöser Medien, mit
einem beheizbaren Hohlkörper (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, und einer Spannungsquelle (2), vorzugsweise einer Gleichspannungsquelle (2), die mit dem ersten elektrischen Leiter (13) und mit dem zweiten elektrischen Leiter (14) elektrisch leitfähig verbunden ist.
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