NO180360B

NO180360B - heater

Info

Publication number: NO180360B
Application number: NO942292A
Authority: NO
Inventors: Willy Kronborg
Original assignee: Teamtrade As
Priority date: 1994-06-17
Filing date: 1994-06-17
Publication date: 1996-12-23
Also published as: NO942292D0; NO942292L; NO180360C

Description

Denne oppfinnelse angår en elektrisk varmeinnretning for montering utenpå og i god varmeoverførende kontakt med en ventil/manifold-enhet i tilknytning til en strømningsmåler for hydrokarboner, særlig i eksplosjonsfårlige områder. This invention relates to an electric heating device for mounting outside and in good heat-transferring contact with a valve/manifold unit in connection with a flow meter for hydrocarbons, particularly in explosive areas.

Det dreier seg her spesielt om en varmeinnretning i eksplosjonssikker utførelse til bruk ved oppvarming av måle-manifolder i industri og offshore-installasjoner. This is in particular a heating device in an explosion-proof design for use when heating measuring manifolds in industry and offshore installations.

Det er kjent og anvendt flere forskjellige utførelser av varmeinnretninger for dette temmelig spesielle formål. Nå benyttes for det meste varmeinnretninger av typen ribbe-varmere for luftoppvarming. Disse er montert i store kaps-linger som omslutter både varmeinnretningen og manifolden. Vekten er forholdsvis høy, og effektforbruket er stort (150-500W). Several different designs of heating devices are known and used for this rather special purpose. Nowadays, heating devices of the type rib heaters are mostly used for air heating. These are mounted in large enclosures that enclose both the heating device and the manifold. The weight is relatively high, and the power consumption is large (150-500W).

Det finnes imidlertid en nyere type oppvarmings-enhet som brukes i endel installasjoner. Dette er en sylindrisk utførelse ("Penheater") på 25W som blir satt inn i et maskinert hull i manifolden. There is, however, a newer type of heating unit that is used in some installations. This is a cylindrical design ("Penheater") of 25W which is inserted into a machined hole in the manifold.

Også to andre oppvarmingsmetoder er kjent, nemlig basert på såkalt "heattracing" (varmekabel viklet rundt manifold) og såkalt "steamtracing" (kobberrør viklet rundet manifolden og med en strøm av varm væske som flyter gjennom disse), men disse metodene er uønsket av brukerne p.g.a. manglende service-vennlighet. Two other heating methods are also known, namely based on so-called "heattracing" (heating cable wrapped around the manifold) and so-called "steamtracing" (copper tubes wrapped around the manifold and with a stream of hot liquid flowing through them), but these methods are unwanted by the users because of. lack of service-friendliness.

Erfaringen har vist at disse kjente typer oppvarmings-enheter og -metoder ikke er gode nok i praksis. Den først-nevnte ribbevarmer holder ikke temperaturen oppe dersom dekslet eller kapslingen rundt manifolden blir åpnet. Det Experience has shown that these known types of heating units and methods are not good enough in practice. The first-mentioned rib heater does not keep the temperature up if the cover or enclosure around the manifold is opened. The

blir i mange tilfeller fare for at oljemediet i måleutstyret fortykkes (vokser), og en betydelig mengde varme må til for å fjerne dette senere. Slik voksing forårsaker store målefeil. Denne voksingen kan også forekomme ved noe lavere tempera-turer der ribbevarmeren ikke klarer å holde temperaturen oppe, til tross for den høye effekten. Betjeningsproblemer er også til stede, da ventilene som er montert på manifolden vokser/fryser og det vil dermed være fare for forskyvning av korrekte målepunkter. in many cases there is a risk that the oil medium in the measuring equipment thickens (grows), and a significant amount of heat is needed to remove this later. Such waxing causes large measurement errors. This waxing can also occur at somewhat lower temperatures where the fin heater is unable to keep the temperature up, despite the high power. Operating problems are also present, as the valves mounted on the manifold grow/freeze and there will thus be a risk of displacement of correct measuring points.

Den sylindriske "Penheater" er kun et varme-element som varmer manifolden direkte, men også her oppstår problemer, da manifolden varmes så mye at temperaturen kan forårsake korro-sjonsskader, og derfor kreves en ekstern temperaturregulering som fordyrer og kompliserer monteringen, service og bruks-område. Regulator, som er nødvendig, leveres kun i to spenningsområder og er laget for en bestemt frekvens. Denne type varme-element kan ikke demonteres med spenning påkoblet, da varme-elementets overflatetemperatur overstiger tillatt maksimumstemperatur på 85 °C (Ex-sone T6) . Videre kan denne type bare brukes på visse konstruksjoner av manifolder, da det må bores hull for monteringen og de fleste manifoldene er allerede gjennomboret av kanaler for ventiler og inn/utløp. The cylindrical "Penheater" is only a heating element that heats the manifold directly, but here too problems arise, as the manifold heats up so much that the temperature can cause corrosion damage, and therefore an external temperature regulation is required, which increases the cost and complicates the assembly, service and use -area. The regulator, which is required, is only supplied in two voltage ranges and is designed for a specific frequency. This type of heating element cannot be dismantled with voltage connected, as the surface temperature of the heating element exceeds the permitted maximum temperature of 85 °C (Ex-zone T6). Furthermore, this type can only be used on certain constructions of manifolds, as holes must be drilled for assembly and most manifolds are already pierced with channels for valves and inlet/outlet.

Ved den direktemonterte manifold- eller ventilvarme-innretningen ifølge oppfinnelsen er de omtalte problemer ved kjente utførelser vesentlig eliminert ved at denne monteres direkte utenpå manifolden i eksisterende monteringshull på denne, den har egen temperatur juster ing slik at overoppheting ikke forekommer, varmeavgivelsen er stor nok til å kunne opprettholde temperaturen selv om kapslingen rundt manifolden blir åpnet og omgivelsestemperaturen er ekstremt lav, og manifoldtemperaturen er så høy at ventilvoksing/frysing ikke oppstår. Dette blir oppnådd med en kombinasjon av trekk som er nærmere angitt i patentkravene. In the case of the directly mounted manifold or valve heating device according to the invention, the mentioned problems with known designs are substantially eliminated by the fact that it is mounted directly outside the manifold in existing mounting holes on it, it has its own temperature adjustment so that overheating does not occur, the heat release is large enough to to be able to maintain the temperature even if the enclosure around the manifold is opened and the ambient temperature is extremely low, and the manifold temperature is so high that valve waxing/freezing does not occur. This is achieved with a combination of features which are specified in more detail in the patent claims.

Den her angitte, direktemonterte ventilvarmer har videre fordeler som lav vekt, innkapslingskostnader som er betrakte-lig redusert, lavt effektforbruk, enkel tilkobling, tilpas-ningsvennlighet til alle spenningsområder og service-vennlighet, da maksimumstemperatur ikke overstiges ved demontering med spenning tilkoblet. The direct-mounted valve heater specified here has further advantages such as low weight, considerably reduced encapsulation costs, low power consumption, easy connection, adaptability to all voltage ranges and ease of service, as the maximum temperature is not exceeded when disassembling with voltage connected.

De gode resultater som oppnås med varmeinnretningen ifølge oppfinnelsen skyldes bl.a. at varmestrålingen og varmeledningen er konsentrert til manifoldens utsatte steder, idet selve varme-elementet er isolert fra omgivelsene. Metall- eller stålkapsling tjener både som festebrakett og varmeleder, og dessuten benyttes en ytterkapsling av UV-godkjent, varmebestandig plastmateriale. Varme-elementet er støpt inn i varmeledende støpemasse (epoxy), og reguleres av to temperaturregulatorer eller -sensorer, hvor den ene overvåker manifoldtemperatur og den andre overvåker varme-elementets temperatur. Videre er innretningen fortrinnsvis sikret med to termiske sikringer og en ekstern overbelastnings-sikring. Da det således bare inngår resistive og mekaniske bestanddeler i denne varmeinnretning, er den ikke følsom for frekvensforskjeller og mulige spenningsområder (f.eks. AC,12-240V/DC, 12-48V) er kun bestemt av varme-element ets og over-belastningssikringens verdi. The good results achieved with the heating device according to the invention are due, among other things, to that the heat radiation and the heat conduction are concentrated to the exposed parts of the manifold, as the heating element itself is isolated from the surroundings. Metal or steel casing serves as both a mounting bracket and a heat conductor, and an outer casing made of UV-approved, heat-resistant plastic material is also used. The heating element is cast in heat-conducting molding compound (epoxy), and is regulated by two temperature regulators or sensors, where one monitors the manifold temperature and the other monitors the temperature of the heating element. Furthermore, the device is preferably secured with two thermal fuses and an external overload fuse. Since only resistive and mechanical components are included in this heating device, it is not sensitive to frequency differences and possible voltage ranges (e.g. AC, 12-240V/DC, 12-48V) are only determined by heating element ets and over- the load protection value.

Et representativt eksempel på en praktisk utførelse av varmeinnretningen ifølge oppfinnelsen, skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene, hvor: fig. 1 viser en typisk ventil/manifold-enhet påmontert en A representative example of a practical embodiment of the heating device according to the invention will be described in more detail below with reference to the drawings, where: fig. 1 shows a typical valve/manifold assembly mounted on a

varmeinnretning ifølge oppfinnelsen, heating device according to the invention,

fig. 2 viser varmeinnretningen på fig. 1 noe mer i detalj fig. 2 shows the heating device in fig. 1 somewhat more in detail

og delvis gjennomskåret, and partially cut through,

fig. 3 er et noe skjematisk, sentralt lengdesnitt gjennom fig. 3 is a somewhat schematic, central longitudinal section through

varmeinnretningen på fig. 2, og the heating device in fig. 2, and

fig. 4 viser i prinsippet et elektrisk koblingsskjerna for vareminnretningen på fig. 2 og 3. fig. 4 shows, in principle, an electrical connection core for the product device in fig. 2 and 3.

I det på fig. 1 viste arrangement inngår en ventil-eller manifold-enhet 2 med tilhørende betjeningshåndtak osv. Nødvendige tilkoblinger av rørforbindelser o.l. er ikke vist. Enheten 2 kan i praksis være utformet med mer eller mindre plane overflater som danner rett vinkel med hverandre. På en hovedoverflate er denne ventil/manifold-enhet 2 påmontert en varmeinnretning i en utførelse ifølge oppfinnelsen, som på fig. 1 er angitt ved sin generelle kapsling 1 og fire monter-ingsører eller -flenser 4. Disse festeorganer kan ved hjelp av bolter samvirke med monteringshull 5, som normalt forekommer på slike ventil/manifold-enheter. Videre er det vist en tilførselskabel 3 for strømforsyningen til varmeinnretningen . In that in fig. The arrangement shown in 1 includes a valve or manifold unit 2 with associated operating handle etc. Necessary connections of pipe connections etc. is not shown. The unit 2 can in practice be designed with more or less flat surfaces that form a right angle with each other. On a main surface, this valve/manifold unit 2 is fitted with a heating device in an embodiment according to the invention, as shown in fig. 1 is indicated by its general enclosure 1 and four mounting ears or flanges 4. These fastening means can cooperate with mounting holes 5, which normally occur on such valve/manifold units, by means of bolts. Furthermore, a supply cable 3 for the power supply to the heating device is shown.

Som vist mer detaljert på fig. 2 og 3 er veggene i kapslingen 1 sammensatt av et lag IA av metall, fortrinnsvis stål, og et ytre lag IB av halogenfritt og flammebestandig plastmateriale, som fortrinnsvis er av uv-godkjent type. Festeorganer i form av fire ører 4 er fortrinnsvis anordnet i god varmeledende kontakt med metall-kapslingen IA, og kan eventuelt være integrerte deler av denne. Plastkapslingen eller -belegget IB slutter seg umiddelbart inntil yttersiden av metall- eller stålkapslingen IA. As shown in more detail in fig. 2 and 3, the walls of the enclosure 1 are composed of a layer IA of metal, preferably steel, and an outer layer IB of halogen-free and flame-resistant plastic material, which is preferably of a UV-approved type. Fastening means in the form of four lugs 4 are preferably arranged in good heat-conducting contact with the metal casing IA, and may possibly be integral parts thereof. The plastic casing or coating IB immediately joins the outer side of the metal or steel casing IA.

Som det fremgår er kapslingen 1 generelt boksformet, og har en åpen side 1C som vender oppad på fig. 3, og som er innrettet til å ligge an mot manif old-enheten 2 når varmeinnretningen er montert på denne. Innretningen blir således montert direkte utenpå manifolden 2, uten at det er nødvendig med noen maskinering av denne før monteringen. Det er i denne forbindelse en fordel at de godt varmeledende ører eller festeorganer 4 ligger i flukt med en kontaktflate ID som varmeinnretningen har ved den nevnte åpne side 1C. As can be seen, the enclosure 1 is generally box-shaped, and has an open side 1C which faces upwards in fig. 3, and which is designed to rest against the manifold unit 2 when the heating device is mounted on it. The device is thus mounted directly on the outside of the manifold 2, without any machining of this being necessary before mounting. In this connection, it is an advantage that the well heat-conducting lugs or fastening means 4 lie flush with a contact surface ID that the heating device has at the aforementioned open side 1C.

I dette eksempel er det vist tre elektriske varme-elementer 6 plassert side om side (se fig. 2) forholdsvis nær kapslingens åpne side 1C (se fig. 3). Denne plassering gir en god avgivelse av varme til manifolden 2 gjennom kontakt-flaten ID. Elementene 6 kan f.eks. bestå av effektmotstander på 9W av i og for seg kjent type. In this example, three electric heating elements 6 are shown placed side by side (see fig. 2) relatively close to the enclosure's open side 1C (see fig. 3). This location provides a good release of heat to the manifold 2 through the contact surface ID. The elements 6 can e.g. consist of power resistors of 9W of a known type per se.

På tilnærmet samme nivå i forhold til den åpne side 1C som varme-elementene 6, er det anordnet en temperatursensor 7 for temperaturregulering av manifolden 2. Denne plassering tjener primært til å oppnå best mulig varmekontakt med den tilstøtende overflate av manifolden 2. Ved såvidt mulig å sørge for avstand mellom varme-elementene og sensoren 7, blir det også mindre direkte varmepåvirkning på denne. Varme-elementene 6, temperatursensoren 7 og andre komponenter som skal omtales i det følgende, kan alle med fordel være montert på et kretskort 10 som er plassert ved bunnen av kapslingen 1, slik denne er vist på fig. 3, dvs. ved kapslingens mot-satte side 1F i forhold til den nevnte, åpne side 1C. At approximately the same level in relation to the open side 1C as the heating elements 6, a temperature sensor 7 is arranged for temperature regulation of the manifold 2. This location primarily serves to achieve the best possible heat contact with the adjacent surface of the manifold 2. If possible to ensure a distance between the heating elements and the sensor 7, there is also less direct heat influence on it. The heating elements 6, the temperature sensor 7 and other components which will be discussed in the following can all be advantageously mounted on a circuit board 10 which is placed at the bottom of the enclosure 1, as shown in fig. 3, i.e. at the enclosure's opposite side 1F in relation to the aforementioned, open side 1C.

En forholdsvis godt varmeledende støpemasse 11 er fylt i kapslingen 1, som vist på fig. 3. Som det fremgår av fig. 3 er også kretskortet 10 innstøpt i denne støpemasse 11 som videre er fylt inn i kapslingen 1 helt til den åpne side 1C, for dannelse av den nevnte kontaktflate ID. Følgelig vil denne støpemasse 11 omslutte varme-elementene 6 og temperatur-sensorelementet 7. A relatively well heat-conducting molding compound 11 is filled in the enclosure 1, as shown in fig. 3. As can be seen from fig. 3, the circuit board 10 is also embedded in this molding compound 11, which is further filled into the enclosure 1 all the way to the open side 1C, to form the aforementioned contact surface ID. Consequently, this molding compound 11 will enclose the heating elements 6 and the temperature sensor element 7.

Som en ytterligere foretrukket komponent i denne varmeinnretning er det anordnet et annet temperatur-sensorelement 9, fortrinnsvis i direkte varmekontakt med undersiden av varme-elementene 6, med sikte på overvåkning av varme-elemen-tenes temperatur. Det fremgår av fig. 3 at denne varmesensor 9 er omsluttet av den varmeledende støpemasse 11, hvilket er gunstig for varmekontakten med varme-elementene 6. As a further preferred component in this heating device, another temperature sensor element 9 is arranged, preferably in direct heat contact with the underside of the heating elements 6, with the aim of monitoring the temperature of the heating elements. It appears from fig. 3 that this heat sensor 9 is enclosed by the heat-conducting molding compound 11, which is favorable for the heat contact with the heating elements 6.

Videre viser fig. 3 en termosikring 8 plassert på kretskortet 10 for sikring mot overopphetning av varme-elementene 6. Som det fremgår av fig. 4 kan det være anordnet to slike termosikringer 8 i serie, og disse er med fordel omsluttet av den varmeledende støpemasse 11. Furthermore, fig. 3 a thermal fuse 8 placed on the circuit board 10 for protection against overheating of the heating elements 6. As can be seen from fig. 4, two such thermal fuses 8 can be arranged in series, and these are advantageously enclosed by the heat-conducting molding compound 11.

Skjemaet på fig. 4 viser en parallellko<p>ling av de tre varmelementer 6, som hvert har en motstandsverdi R, idet disse sammenkoblede varme-elementer er anordnet elektrisk i serie med termosikringene 8, den første temperatursensor 7 og den annen temperatursensor 9. Disse sensorelementer kan med fordel være av bimetalltypen. Under normal drift vil det flyte strøm over bimetallkontaktene i begge sensorelementer 7 og 9. The form in fig. 4 shows a parallel connection of the three heating elements 6, each of which has a resistance value R, as these connected heating elements are arranged electrically in series with the thermal fuses 8, the first temperature sensor 7 and the second temperature sensor 9. These sensor elements can preferably of the bimetallic type. During normal operation, current will flow across the bimetal contacts in both sensor elements 7 and 9.

Ved tilkobling av spenning U på tilførselskabelen 3, vil det flyte en strøm i nettverket på fig. 4, hvor strømmen først vil passere de to seriekoblede termosikringer 8, og vil videre gå gjennom temperatursensoren 7 og sensoren 9, for så å flyte gjennom varme-elementene i form av effektmotstander 6, hvor strømmen forårsaker en varmeavgivelse. Dersom en av sensorene 7 eller 9, eventuelt sikringene 8, skulle være utløst, bevirker dette brudd i strømkretsen og dermed stans i varmeutviklingen i varme-elementene 6, som dermed avkjøles. Bimetallsensorene 7 og 9 vil bli innstilt med hensiktsmessige sett-punkter, og ved et temperaturfall på f.eks. 10°C fra øvre sett-punkter, blir bimetallkontaktene gjeninnkoblet. Sett-punktene kan spesifiseres av vedkommende bruker før bestilling av varmeinnretningen. Med det her beskrevne arrangement i varmeinnretningen ifølge oppfinnelsen, vil varmereguleringen ved hjelp av sensorene 7 og 9 være full-stendig integrert i varmeinnretningen. Denne regulering innebærer således temperaturregulering både med hensyn på manifolden 2 og med hensyn på varme-elementene 6. When voltage U is connected to the supply cable 3, a current will flow in the network in fig. 4, where the current will first pass the two series-connected thermal fuses 8, and will further pass through the temperature sensor 7 and the sensor 9, and then flow through the heating elements in the form of power resistors 6, where the current causes a release of heat. If one of the sensors 7 or 9, possibly the fuses 8, should be tripped, this causes a break in the current circuit and thus a stop in the development of heat in the heating elements 6, which are thus cooled. The bimetal sensors 7 and 9 will be set with appropriate set points, and in the event of a temperature drop of e.g. 10°C from upper set points, the bimetallic contacts are re-connected. The set points can be specified by the relevant user before ordering the heating device. With the arrangement described here in the heating device according to the invention, the heat regulation by means of the sensors 7 and 9 will be completely integrated into the heating device. This regulation thus involves temperature regulation both with regard to the manifold 2 and with regard to the heating elements 6.

Termosikringene 8 representerer en beskyttelse mot overopphetning, og vil derfor ikke bli gjeninnkoblet dersom de skulle bli utløst. The thermal fuses 8 represent a protection against overheating, and will therefore not be reconnected if they were to be triggered.

Hele konstruksjonen av den her beskrevne varmeinnretning innenfor kapslingen 1 er kompakt og pålitelig, samtidig som vekten i praksis kan holdes meget lav, f.eks. på omkring 250 gram. Det er enkelt og bekvemt å montere denne varmeinnretning på en vanlig ventil/manifold-enhet 2, slik som vist på fig. 1, fortrinnsvis med anlegg mot et hovedsakelig plant overflateparti på denne, idet varmeinnretningens kontaktflate ID fortrinnsvis er i det vesentlige plan. I samme plan ligger også fortrinnsvis festeørene 4. Det er imidlertid klart at varmeinnretningen ifølge oppfinnelsen ikke nødven-digvis trenger å være basert på plane flater og en boks-lignende form, slik som illustrert på tegningen. The entire construction of the heating device described here within the enclosure 1 is compact and reliable, while the weight can be kept very low in practice, e.g. of around 250 grams. It is simple and convenient to mount this heating device on a normal valve/manifold unit 2, as shown in fig. 1, preferably with contact against a mainly flat surface part of this, the heating device's contact surface ID preferably being essentially flat. The fastening ears 4 are also preferably located in the same plane. It is clear, however, that the heating device according to the invention does not necessarily need to be based on flat surfaces and a box-like shape, as illustrated in the drawing.

Claims

1. Electric heating device for mounting on the outside and in good heat-transferring contact with a valve/manifold unit (2) in connection with a flow meter for hydrocarbons, especially in potentially explosive areas, characterized by a generally box-shaped enclosure (1,1B) of metal, preferably steel, with an outer layer (IB) of heat-resistant plastic material, an open side (1C) of the enclosure being arranged to face the valve/manifold assembly (2 ) in the mounted position on this, fastening means (4) integrated into the housing for mounting on the valve/manifold unit (2), at least one electric heating element (6) placed in the enclosure (1) near its open side (1C), - at least one temperature sensor element (7) placed in the enclosure (1) near its open side (1C) and at a distance from and/or thermally shielded from the heating element (6), electrical series connection of the electric heating element(s) (6) and the temperature sensor element (7), and a good thermally conductive molding compound (11) in the casing (1) to substantially enclose the electric heating element(s) element (s) (6) and the temperature sensor element (7) and to form a contact surface (ID) on the open side adapted to rest against the valve/manifold unit (2) when mounted on it.

2. Electric heating device according to claim 1, characterized by another temperature sensor element (9) placed in the housing (1) in close heat contact with the electric heating element(s) (6) and preferably enclosed by the molding compound ( 11), as well as electrically connected in series with the first-mentioned temperature sensor element (7).

3. Electric heating device according to claim 1 or 2, characterized by at least one thermal fuse (8) preferably placed in the molding compound (11) and electrically connected in series with the aforementioned temperature sensor elements (7,9).

4. Electric heating device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the said contact surface (ID) is essentially flat for installation against a mainly flat surface portion of the valve/manifold unit (2).

5. Electric heating device according to one of claims 1-4, characterized in that the fastening means (4) have the form of well heat-conducting lugs which lie flush with the mentioned contact surface (ID).