TWI669471B - 使用三相電流加熱管線內流體的裝置及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於加熱一流體(F)之裝置(1)，該裝置包括用於容納該流體(F)之至少一個導電管線(100)，及連接至該至少一個管線(100)之至少一個電壓源(2)，其中該至少一個電壓源(2)經設計以在該至少一個管線(100)中產生一電流，該電流加熱該至少一個管線(100)以便加熱該流體(F)。根據本發明，提供的該至少一個電壓源(2)具有M個外導體(L1、...、LM)，其中M係大於或等於2之一自然數，且其中該至少一個電壓源(2)經設計以在外導體(L1、...、LM)處提供一AC電壓，其中彼等AC電壓相對於彼此相移穿過2π/M，且其中該等外導體(L1、...、LM)以使得形成一星形電路之一方式而以導電方式連接至該至少一個管線(100)。

Description

使用三相電流加熱管線內流體的裝置及方法
本發明係關於一種用於加熱在至少一個管線中傳導之一流體之裝置且係關於一種用於加熱一流體之對應方法。
此一裝置具有用於容納流體之至少一個導電管線，及連接至該管線且經設計以在該至少一個管線中產生一電流之至少一個電能量源，舉例而言一電壓源或電流源，該電流加熱該管線以便藉助於由於該至少一個管線之電阻而在該管線中產生之焦耳(Joulean)熱而加熱該流體，焦耳熱與彼處轉換之電功率及電流在其內流動之持續時間成比例。此一裝置依據(舉例而言)DE2362628C3係已知的。
在當前情形中，將一流體理解為意指一氣體及/或液體介質。
替代其中管線由一導電材料組成且使電流流動穿過其本身之上述直接加熱，此外，亦已知將加熱元件(諸如自限制加熱條帶、恒功率加熱條帶或礦物絕緣固定電阻加熱電纜)附接至其中傳導待加熱之流體之待加熱之管線外側以便加熱流體。在此情形中，具有加熱條帶之各別管線通常與外部隔離以避免相對於周圍空氣之熱損耗。藉助於熱傳導或熱輻射，熱現在可自加熱電纜發射至管線且自管線發射至位於其中或在其中流動之介質。
在上述直接加熱之情形中，提供至少一個絕緣構件尤其係重要的(出於冗餘之原因，通常為兩個絕緣構件)，該等絕緣構件防止至由 電流直接加熱之管線之一平行電流路徑。
若絕緣構件就其有效性而言被管線中之介質損壞，則出於安全原因需要斷開直接加熱。整體上所有設備部件之平行電流流動以不受控制方式發生。熱產生於一不可預測點處，其中在設備部件之不良電連接之情形中亦可產生火花，其表示一相當大之安全風險，尤其係在處於爆炸風險之設備中。
相對於此背景，本發明基於以下目標：提供用於加熱一流體之一經改良裝置及經改良方法，該經改良裝置及經改良方法特定而言使得可減少習用地需要被提供之絕緣構件之數目而不冒一平行電流之缺點之風險。
藉由具有技術方案1之特徵之一裝置達成此目標。本發明之有利構形尤其在相關聯附屬技術方案中規定。
根據技術方案1，依據本發明提供用於容納流體之複數個導電管線及複數個電壓源，其中在每一情形中一個電壓源經指派給每一管線且連接至各別管線，其中各別電壓源經設計以關於管線產生一電流，該電流加熱該各別管線以便加熱該流體，其中該等電壓源具有M個外導體L1至LM，其中M係大於或等於2之一自然數，且其中該等電壓源經構形以在其外導體L1至LM處提供一AC電壓，其中彼等AC電壓相對於彼此相移穿過2π/M，且其中外導體L1至LM以使得形成一星形電路(其中每一外導體經由該各別管線之至少一部分以導電方式連接至該星形電路之中性點)之一方式以導電方式連接至該各別管線100。
亦可形成具有單獨中性點之複數個星形電路。因此，舉例而言，可針對每一管線形成一單獨星形電路。
原則上，本發明亦可應用於一單個管線，該單個管線於是具有指派給其之一電壓源。
依據本發明之一較佳實施例，提供的電壓源各自具有一中性導 體，其中各別電壓源經設計以在每一情形中於外導體與中性導體之間提供一個AC電壓，其中彼等AC電壓相對於彼此相移穿過2π/M。較佳地，各別中性導體係導電連接至中性點。
此處將一星形電路理解為意指任何所期望數目個連接件(M個連接件，其中一可能提供之中性導體亦可連接至中性點)在每一情形中經由一個電阻器至一共同點(其被稱為中性點)之一互連。
有利地，中性點在M(舉例而言M=3)個外導體之均勻負載之情形中不傳導一電流(在非均勻負載之情形中，僅電流之間的差或在中性導體至至少一個管線之中性點之一高電阻連接之情形中，一差動電壓)，因而可免除在管線之進口及出口處之一其他習用絕緣構件。
因此，較佳地，至少一個管線或複數個管線以使得電流在中性點處彼此抵消之一方式構形。換言之，因此，所產生之導電連接件(其各自包括至少一個管線之部分)較佳地在至少一個電壓源之各別外導體與中性點之間具有相同歐姆電阻，因而個別電流在中性點處彼此抵消。
關於操作接地，其通常在一所提供中性導體之情形(舉例而言TN網路)中經提供以使電壓源之中性點或N連接件接地。在此情形中可(舉例而言)以低電阻直接地或否則以電感方式實施接地。在其中不存在中性導體之一個三導體網路或IT網路之情形中，免除此操作接地。
在上述兩種類型之網路中，根據本發明之該星形電路之中性點或至少一個管線之中性點較佳係接地，特定而言係直接接地。在其中電壓源之中性點(N連接件)係直接接地，使用中性導體之一電源供應器之情形(舉例而言TN網路)中，亦可依據本發明之一項變體實施例免除該星形電路或至少一個管線之中性點之接地。
該至少一個管線或複數個管線可係一連續管線。然而，該管線亦可具有並非以流體方式彼此連接而在每一情形中待加熱之一個流體 可透過其單獨流動(若適當)之複數個區段。
依據一較佳實施例，M=3，亦即，使用一個三相交流電，其通常亦稱為三相電流。此係一多相交流電，其以一已知方式由具有相同頻率之三個個別交流電或AC電壓組成：UL1=U0cos(ωt)，UL2=U0cos(ωt-120°)，UL3=U0cos(ωt-240°)，該等個別交流電或AC電壓就其相位角而言相對於彼此固定地移位穿過120°，亦即2π/3。
AC電壓連續地以每一情形中之一週期之三分之一之一移位暫時地達到其最大偏轉。由一相移角闡述此等所謂的外導體電壓相對於彼此之暫時移位。該三個導體被稱為外導體且通常縮寫為L1、L2及L3。中性導體由N表示。
依據根據本發明之裝置之又一較佳實施例，提供的至少一個管線或若干管線各自具有M個翼管(亦即，舉例而言，在M=3之情形中，一第一翼管、一第二翼管及一第三翼管)，其中每一翼管具有一第一端區段及一第二端區段以及一中心區段，該中心區段以流體方式及以導電方式將兩個端區段彼此連接。
較佳地，各別翼管之兩個端區段連接至中性點，亦即在彼此連接之兩個毗鄰翼管之各別端區段處或兩個端區段處提供至中性點之一電觸點。
此外，較佳地進行佈建以使翼管之中心區段各自以導電方式連接至至少一個電壓源之一經指派外導體L1至LM(舉例而言在M=3之情形中，L1、L2或L3)，亦即在各別中心區段處提供至經指派外導體之一電觸點，其中，特定而言在三相電流(M=3)之情形中，第一翼管之中心區段連接至L1外導體，第二翼管之中心區段連接至L2外導體， 且第三翼管之中心區段連接至L3外導體。每一外導體唯一經精確地指派給一翼管之一個中心區段。
至少一個管線以使得在M個翼管之情形中，第一翼管之第二端區段以流體方式及以導電方式連接至第二翼管之第一端區段，且(在M>2之情形中)第二翼管之第二端區段以流體方式及以導電方式連接至第三翼管之第一端區段之一方式進一步較佳地構形。因此，持續此連接直至到達最後一(第M)翼管。至少一個管線之M個翼管(特定而言)以使得在其中流動之流體可連續地流動穿過該等管線之一方式彼此連接。此外，較佳地第一翼管之第一端區段形成用於將流體饋送至至少一個管線中之一進口，其中第M翼管之第二端區段較佳地形成用於允許流體自至少一個管線向外傳送之一出口。該出口可以流體方式連接至又一管線之一進口。此外，至少一個管線之該進口可以流體方式連接至又一管線之一出口(參考下文)。
針對M=3之情形，較佳地至少一個管線就此而言以使得第一翼管之第二端區段以流體方式及以導電方式連接至第二翼管之第一端區段，且第二翼管之第二端區段以流體方式及以導電方式連接至第三翼管之第一端區段之一方式構形，亦即至少一個管線之三個翼管(特定而言)以使得在其中流動之一流體可連續地流動穿過該等管線之一方式彼此連接。此外，較佳地第一翼管之第一端區段形成用於將流體饋送至至少一個管線中之一進口，其中第三翼管之第二端區段較佳地形成用於允許流體自至少一個管線向外傳送之一出口。該出口可以流體方式連接至又一管線之一進口。此外，至少一個管線之該進口可以流體方式連接至又一管線之一出口(參考下文)。
較佳地，流體連接及導電連接至彼此之兩個毗鄰翼管之端區段經由一共同觸點電連接至中性點或中性導體，其中可(舉例而言)在彼此連接之兩個端區段之間的一過渡處提供該觸點。
該等翼管亦可自然地彼此單獨形成且對應地並不以流體方式彼此連接。在此情形中，複數個流體流可透過翼管獨立於彼此而傳導並被加熱。然後，翼管之端區段形成進口或出口，個別翼管可經由該等進口或出口單獨遞送流體。
若該等翼管彼此連接，則其較佳係經由毗鄰翼管上之其端區段而整體形成。亦可設想其他流體及導電連接。此外，在每一情形中於一翼管之端區段之間提供之中心區段較佳係整體形成於在兩側上提供之端區段上。就此而言，亦可設想其他流體及導電連接。原則上，該等翼管可呈所有可設想之形狀及分佈。
較佳地，該等翼管關於其尺寸及幾何形狀或形狀實質上以等同方式構形，因而其本質上表示相同電阻式消耗器。在具有不同構形之翼管之情形中，可另外提供補償歐姆電阻或電容式或電感式電抗。
依據本發明之一尤其較佳實施例，翼管各自呈一迴圈之形式，其中各別翼管之中心區段形成各別迴圈之一端，該端與較佳係彼此毗鄰配置之各別迴圈之兩個端區段相對，其中，特定而言在各別端之區域中，分別經指派之外導體以導電方式連接至各別翼管。在此情形中較佳係由各別中心區段之一回彎管形成各別迴圈或翼管之端，其中在第一端區段之各別翼管中或各別迴圈中流動之流體改變其方向且往回朝向第二端區段流動(或反之亦然)。
較佳地，至少一個管線之翼管或迴圈各自沿著一縱向軸延伸，其中該等翼管或迴圈(特定而言)沿著該縱向軸具有相同長度(亦參見上文)。
此外，較佳地進行佈建以使具有至中性點或中性導體之各別電觸點之至少一個管線或若干管線之翼管之端區段配置於一中心區域中，該等翼管自該中心區域沿著一徑向方向，確切而言(特定而言)朝向各別端或回彎管向外延伸，較佳地在該各別端或回彎管處提供至經 指派外導體L1至LM(或在M=3之情形中，L1、L2或L3)之各別電觸點。
在一管線之三個翼管相對於彼此之一星形配置之情形中，每一情形中之兩個毗鄰翼管之縱向軸可封圍(舉例而言)120°之一角。
依據本發明，提供複數個上述管線及特定而言複數個電壓源，其中在每一情形中一個電壓源經指派給每一管線。然後，一電壓源之外導體繼而以使得繼而形成一星形電路(其中每一外導體經由各別管線之至少一部分以導電方式連接至該星形電路之中性點)之一方式連接至經指派管線，其中各別電壓源之一可能提供之中性導體可以導電方式連接至經指派管線之中性點(參見上文)。
較佳地，繼而電壓源呈三相AC電壓源(亦即M=3)之形式，因而用於各別管線之直接焦耳加熱而在該各別管線中產生之電流係一個三相交流電。
因此，管線繼而較佳地各自具有M個翼管或一第一翼管、一第二翼管及一第三翼管(在M=3之情形中)，其中各別管線之每一翼管具有一第一區段及一第二端區段以及一中心區段，該中心區段將兩個端區段彼此連接。各別管線區段之各別翼管之兩個端區段較佳地以導電方式連接至各別管線之中性點或經指派電壓源之中性導體N，如上文所闡述，而各別管線區段之中心區段各自較佳地(如上文所闡述)連接至經指派電壓源之一經指派外導體(L1至LM或在M=3之情形中，L1、L2或L3)。
複數個管線之個別翼管較佳係(如上文所圖解說明)彼此連接(或彼此單獨形成)且此外較佳係呈迴圈之形式，其中各別翼管之中心區段繼而較佳地形成各別迴圈之一端或一回彎管(參見上文)，其中較佳係在各別端之區域中或在各別回彎管處提供至分別經指派外導體(L1至LM或在M=3之情形中，L1、L2或L3)之電觸點(亦參見上文)。
較佳地，具有至中性點或中性導體N之各別可能之聯合電觸點之各別管線之翼管之端區段經配置於一中心區域中，管線之翼管自該中心區域沿著一徑向方向向外延伸，其中當徑向觀看時(舉例而言在圍繞中心區域之一假想圓圈上)，該等端或回彎管係向外最遠的。
在複數個管線之情形中，管線中之複數個或否則所有管線可以流體方式彼此串聯連接，使得流體可連續地流動穿過該等管線。
此外，亦存在使管線中之某些或所有管線彼此並聯連接之可能性，亦即以使得流體分流為複數個部分流(該複數個部分流然後平行流動穿過個別經指派管線)之一方式將其構形。
串聯或並聯連接之管線之任何所期望構形當然同樣係可能的。
此外，由用於使用根據本發明之至少一個裝置加熱至少一個流體之一方法解決根據本發明之問題。
在此情形中，流體較佳地流動穿過根據本發明之裝置之一或多個管線且藉助於由在至少一個管線中或在該複數個管線中流動之一多相交流電或三相交流電加熱至少一個管線或該複數個管線而在該一或多個管線中被加熱，因而在至少一個管線中或在該複數個管線中產生焦耳熱且將其轉移至流體，使得在該流體流動穿過至少一個管線或該複數個管線時將其加熱。
依據根據本發明之方法之一個變體，提供的係使用根據本發明之至少一個裝置將待熱裂解之一碳氫化合物(特定而言碳氫化合物之一混合物)作為流體加熱。
依據根據本發明之方法之又一變體，替代地或另外進行佈建以使水或蒸汽使用依據本發明之至少一個裝置作為流體加熱，其中將此蒸汽(特定而言)加熱至在自550℃至700℃之範圍內之一反應器進口溫度且特定而言將其添加至待裂解之該或該等碳氫化合物。
依據根據本發明之方法之又一構形，替代地或另外進行佈建以 使一經預加熱碳氫化合物/蒸汽混合物使用根據本發明之至少一個裝置作為流體加熱以便裂解該等碳氫化合物。根據本發明之裝置因此用於在一裂解爐之反應器部件中輸入熱以用於裂解經預加熱碳氫化合物/蒸汽混合物。此係一極吸熱反應，其中產物氣體以通常自800℃至880℃之溫度離開反應器部件。
特定而言，可使待裂解之混合物(其亦稱為重組器饋送氣體，且其具有蒸汽以及一個或各種碳氫化合物(舉例而言CH4至石腦油)及可能係氫及其他組分，舉例而言，諸如N2、Ar、He、CO、CO2及/或MeOH)達到一重組器入口溫度或藉助於根據本發明之方法使其過熱，該溫度較佳係在自250℃至730℃、較佳係320℃至650℃之溫度範圍內，特定而言在自10巴至50巴、較佳係15巴至40巴之範圍內之一饋送氣體壓力下。
此外，藉助於根據本發明之方法，可將重組器爐之燃燒空氣作為流體預加熱，確切而言(特定而言)加熱至在自200℃至800℃、較佳係400℃至700℃之範圍內之一溫度。
特定而言，此外可藉助於根據本發明之方法加熱重組器爐之至少一個反應管或在其中流動之流體(因此根據本發明之裝置之至少一個管線可呈一重組器之一反應管之形式)。因此，在此情形中，藉助於根據本發明之方法發生藉由直接加熱至重組器爐之填充觸媒之反應管中之熱之輸入。在此情形中，由H2、CO、CO2、CH4、H2O及惰性物質之主要組分組成之產物氣體可另外由重組器爐之輻射區帶中之燃燒器在直接加熱期間同時被加熱。該反應係吸熱的。經重組氣體通常在自780℃至1050℃、較佳係820℃至950℃之溫度範圍內離開重組器爐之輻射區帶。該氣體之壓力範圍較佳係在自10巴至50巴、較佳係15巴至40巴之範圍內。
特定而言，此外待裂解之乾燥饋送氣體(亦即，特定而言在與蒸 汽混合之前)(其具有至少一個或各種碳氫化合物(舉例而言CH4至石腦油)且可能係氫及其他組分，舉例而言，諸如N2、Ar、He、CO、CO2及/或MeOH)可此外藉助於根據本發明之方法經作為流體加熱以用於觸媒預淨化，特定而言加熱至在自100℃至500℃、較佳係200℃至400℃之範圍內之一溫度，確切而言在較佳係自10巴至50巴、較佳係15巴至45巴之範圍內之一氣體壓力下。
此外，一般而言，(舉例而言)在所有可設想之程序中可使用根據本發明之方法來將水作為流體加熱以便產生程序蒸汽。
下文陳述本發明之其他標的物(點1及點16)及根據點1之標的物之構形(點2至點15)。括號之間的參考與圖有關。
點1：用於加熱一流體之裝置，其包括：-至少一個導電管線(100)，其用於容納該流體(F)，及-至少一個電壓源(2)，其連接至該至少一個管線(100)，其中該至少一個電壓源(2)經設計以在該至少一個管線(100)中產生一電流，該電流加熱該至少一個管線(100)以便加熱該流體(F)，其中該至少一個電壓源(2)具有至少M個外導體(L1、...、LM)，其中M係大於或等於2之一自然數，且其中該至少一個電壓源(2)經設計以在該等外導體(L1、...、LM)處提供一AC電壓，其中彼等AC電壓相對於彼此相移穿過2π/M，且其中該等外導體(L1、...、LM)以使得形成一星形電路(其中每一外導體(L1、...、LM)經由該至少一個管線(100)之至少一部分以導電方式連接至該星形電路之中性點(S))之一方式以導電方式連接至該至少一個管線(100)。
點2：根據點1之裝置，其中該電壓源(2)具有一中性導體(N)，其中特定而言該中性導體(N)以導電方式連接至該中性點(S)。
點3：根據前述點中任一者之裝置，其中M等於3。
點4：根據前述點中任一者之裝置，其中該至少一個管線(100)具 有M個翼管(101)，其中每一翼管(101)具有一第一端區段(101a)及一第二端區段(101c)以及一中心區段(101b)，中心區段(101b)以流體方式及以導電方式將該兩個端區段(101a、101c)彼此連接。
點5：根據點4之裝置，其中各別翼管(101、102、103)之該兩個端區段(101a、101c，102a、102c，103a、103c)以導電方式連接至該中性點(S)。
點6：根據點4至5中任一者之裝置，其中該等翼管(101、102、103)之中心連接件(101b、102b、103b)各自以導電方式連接至該至少一個電壓源(2)之經指派外導體(L1、L2、L3)。
點7：根據點3或點4至6中之一者之裝置，只要該等技術方案返回參考點3即可，其中該第一翼管(101)之該第二端區段(101c)以流體方式及以導電方式連接至第二翼管(102)之第一端區段(102a)，特定而言整體形成於該第一端區段上，且其中該第二翼管(102)之第二端區段(102c)以流體方式及以導電方式連接至第三翼管(103)之第一端區段(103a)，特定而言整體形成於該第一端區段上，其中特定而言該第一翼管(101)之該第一端區段(101a)形成用於將該流體(F)饋送至該各別管線(100)中之一進口(3)，且其中特定而言該第三翼管(103)之第二端區段(103c)形成用於允許該流體(F)自該各別管線(100)向外傳送之一出口(4)。
點8：根據點4至6中任一者之裝置，其中該等翼管(101、102、103)並不以流體方式彼此連接而經設計以各自傳導將彼此單獨被加熱之一流體(F、F‘、F“)。
點9：根據點4至8中任一者之裝置，其中該等翼管(101、102、103)各自呈一迴圈之形式，其中該各別翼管(101、102、103)之該中心區段(101b、102b、103b)形成各別迴圈(101、102、103)之一端，其中特定而言在各別端之區域中，該分別經指派外導體(L1、L2、L3)以導 電方式連接至該各別翼管(101、102、103)。
點10：根據點4至9中任一者之裝置，其中該等翼管(101、102、103)各自沿著一縱向軸(A)延伸，其中特定而言該等翼管(101、102、103)特定而言沿著各別縱向軸(A)具有相同長度。
點11：根據點4至10中任一者之裝置，其中該至少一個管線(100)之該等翼管(101、102、103)之該等端區段(101a、101c；102a、102c；103a、103c)經配置於一中心區域(B)中，該等翼管(101、102、103)自該中心區域沿著一徑向方向(R)向外延伸。
點12：根據點10或11之裝置，其中每一情形中之兩個毗鄰翼管(101、102；102、103；103、101)之該等縱向軸(A)封圍120°之一角。
點13：根據前述點中任一者之裝置，其中提供複數個管線(100)及特定而言複數個電壓源(2)，其中特定而言在每一情形中一個電壓源(2)經指派給每一管線(100)。
點14：根據點13之裝置，其中複數個或所有該等管線(100)以流體方式彼此串聯連接，因而該流體(F)可連續地流動穿過該等管線。
點15：根據點13或14之裝置，其中複數個或所有該等管線(100)經構形為平行的，因而該流體(F)可在彼等平行管線(100)當中分流。
點16：用於使用依據點1至15中任一者之一裝置加熱一流體(F)之方法。
首先，出於簡明之原因，下文參考一管線100圖解說明本發明之實施例。使用一管線所圖解說明之措施在此情形中可自然地在每一情形中應用於複數個管線100。
如圖1中所展示，在用三相電流對根據本發明之一裝置1中之一管線100進行直接加熱以用於加熱一流體F之情形中，可提供一中性點S。在此情形中，一個三相系統或一個三相電壓源2之三個相位L1、L2及L3(參考圖5)連接至管線100之翼管101、102、103且較佳地N導體(中性導體)(若提供)連接至中性點S。在電壓源2之N連接件或中性點S'之至接地(PE)之直接或低電阻接地之情形中(如在電源供應器中係習用的)，且在中性導體N至管線100之中性點S之一連接之情形中，可免除管線100處之中性點S之接地。
如圖5及圖6中所展示，本發明可應用為包括(較佳係三個)外導體及一中性導體之一網路(舉例而言TN網路)及不具有一中性導體之一網路(舉例而言IT網路)之部分兩者。
圖5展示如(舉例而言)在一TN網路中提供之電壓源2之三個外導體L1、L2、L3及中性導體N。中性導體N以導電方式連接至之電壓源2之中性點S'在此情形中經由一電阻器RN接地，其中特定而言RN=0可保持真(直接接地)或低電阻(舉例而言)。Z 1 、Z 2 、Z 3 表示由至少一個管線100或其之翼管101、102、103形成之負載或阻抗。翼管101、102、103在負載或管線100之中性點S處互連，其中中性導體N以導電方式連接至中性點S。在電壓源2之中性點S'之直接操作接地(RN=0)之 情形中，可免除中性點S之接地，但較佳係提供該接地。
圖6展示其中不存在中性導體N之一個三導體網路(舉例而言IT網路)。在此情形中，由阻抗Z 1 、Z 2 、Z 3 之互連形成之中性點S較佳係直接接地。
在對一般性不具有任何限制之情況下，下文假定三個外導體L1、L2、L3及一中性導體N。然而，可免除中性導體N(參見上文)或變化外導體之數目(參見上文)。
具體而言，管線100之一第一翼管101自一第一端區段101a或自流體F經由其饋送至管線100中之進口3開始沿著一縱向軸A延伸至第一翼管101之一中心區段101b之一回彎管，第一翼管101之中心區段101b自該回彎管向後延伸至一第二端區段101c，第二端區段101c毗鄰於第一端區段101a而經配置於一中心區域B中。第一翼管101之第二端區段101c成為第二翼管102之一第一端區段102a，第一端區段102a以一類似方式經由其中心區域102b之一回彎管延伸至第二翼管102之一第二端區段102c，第二端區段102c繼而成為第三翼管103之一第一端區段103a，第一端區段103a以一類似方式經由其中心區段103b之一回彎管延伸至一第二端區段103c，在第二端區段103c處提供用於允許(經加熱)流體F自管線100向外傳送之一出口4。迴圈形翼管101、102、103之三個縱向軸A較佳係以一星之形狀配置，如圖1中所展示，亦即在每一情形中兩個毗鄰翼管101、102；102、103；103、101封圍120°之一角。
在此情形中，在一迴圈101、102、103之一中心區段101b、102b、103b之每一回彎管處分別提供至一個三相電流源2之一外導體L1、L2或L3之一觸點K，其中端區段101a、101c、102a、102c、103a、103c經由觸點Q連接至中性點S。在此情形中，較佳地彼此連接之翼管101、102、103之端區段101c、102a；102c、103a經由各別 端區段之間的過渡處之一觸點Q連接至中性點S或中性導體N。
圖1中所展示之配置亦可自然地用於通常係M相位(其中M係大於或等於2之一自然數)之情形中。然後，如上文所闡述而對應地提供M個翼管且將其互連。
此外，如圖2中所展示，翼管101、102、103可彼此單獨形成於圖1中所展示之配置中，因而個別流體流F、F‘、F“可獨立於彼此而流動穿過該等翼管。在此情形中，第一端區段101a、102a、103a可呈用於流體流F‘、F“之進口之形式且第二端區段101c、102c、103c可呈用於流體流之出口之形式，其中彼等端區段101a、102a、103a及101c、102c、103c繼而連接至中性點S。
圖3展示翼管101、102、103之分佈之一變化形式，其中與圖1相比而言，該等翼管現在緊挨著彼此而延展。
此構形原則上達成圖3中所展示之類型之複數個管線100緊挨著彼此之一配置，如圖4中所展示，其中在此情形中個別翼管101、102、103各自自一中心區域B開始沿徑向方向R向外延展，在中心區域B中，個別端區段經配置且連接至彼處之中性點S。個別迴圈形翼管101、102、103之回彎管現在在一假想圓圈上沿徑向方向R進一步向外且在每一情形中連接至一個三相電流源2之一個相位L1、L2或L3。
在此情形中，每一管線100經指派給一個三相電流源2，三相電流源2較佳地經配置於翼管上方且經配置比回彎管進一步徑向向內。因此，可使至S(或N)及L1、L2、L3之饋送線最小化。管線100在每一情形中具有三個迴圈形翼管101、102、103，該等迴圈形翼管之回彎管各自連接至經指派電壓源2之外導體相位L1、L2或L3中之一者。
出於簡潔之原因，圖4中僅表示一個管線100。圖4中所展示之管線區段100可如所圖解說明而串聯配置，使得流體F可連續地流動穿過 該等區段。然而，在中心區域B中亦可提供一劃分器，其劃分各自包括三個翼管101、102、103之個別管線100當中之流體F，使得流體F彼此平行地流動穿過該等翼管。此後，(經加熱)流體F可再次經組合且經供應用於其之其他用途。
在上文所闡述之實例中，翼管101、102、103中之三相電流由於翼管101、102、103之電阻而在每一情形中產生焦耳熱，該焦耳熱經轉移至在翼管101、102、103中流動之流體F，其中該等翼管經加熱。
自然地，圖3及圖4中所展示之配置可同樣經一般化用於M個相位(M大於或等於2)。
然而，圖1至圖4中所展示之一個三相直接加熱之構形或其中所展示之個別翼管101、102、103之星形配置並非絕對必要的。一般而言，可設想管線100或翼管101、102、103之任何幾何配置。根據本發明之方法或根據本發明之裝置1原則上可針對所有壓力、溫度、尺寸等係適用的。
在該技術實施方案中，不銹鋼由於較高電阻率用於管線100而係較佳優於碳鋼的。此外，多相或三相交流電之饋送線較佳係以明顯低於傳導流體F之管線之一電阻體現以便最小化饋送線之熱之產生(由於此通常係不合意的)。
可(特定而言)在加熱導致介電強度之一減小(舉例而言在裂解爐之情形中之焦化)之介質時有利地應用根據本發明之解決方案。在此情形中存在一非所要電流流動之一相對低風險，因而甚至可免除如在開始所提及之一關斷裝置。
此外，存在藉助於經對應設定之各別相位L1、L2、L3之電流流動控制每一情形中之三個翼管101、102、103中之加熱之可能性(此亦適用於M相位之情形中，其中M大於或等於2)。
原則上，根據本發明之對一流體之加熱可用於導電管線中之所 有介質。在係極好導體(與管線之導電性比較)之液體之情形中，需要在電流流動之計算中併入此事實(若適當)。管線或管線區段之幾何輪廓有利地係靈活的且可經匹配至各別要求。此外，管線材料可經匹配至程序要求。電流、電壓及頻率可針對幾何形狀適當選定且不經受任何基本限制。最大可達成溫度受所使用之管線材料限制。
1‧‧‧裝置
2‧‧‧電壓源/三相電壓源/三相電流源/經指派電壓源
3‧‧‧進口
4‧‧‧出口
100‧‧‧導電管線/管線/並聯管線/負載/管線區段
101‧‧‧翼管/第一翼管/迴圈/毗鄰翼管/迴圈形翼管
101a‧‧‧第一端區段/端區段
101b‧‧‧中心區段/中心連接件
101c‧‧‧第二端區段/端區段
102‧‧‧翼管/第二翼管/迴圈/毗鄰翼管/迴圈形翼管
102a‧‧‧第一端區段/端區段
102b‧‧‧中心區段/中心連接件
102c‧‧‧第二端區段/端區段
103‧‧‧翼管/第三翼管/迴圈/毗鄰翼管/迴圈形翼管
103a‧‧‧端區段/第一端區段
103b‧‧‧中心連接件/中心區段
103c‧‧‧端區段/第二端區段
A‧‧‧縱向軸
B‧‧‧中心區域
F‧‧‧流體/流體流
F‘‧‧‧流體/流體流
F‘‘‧‧‧流體/流體流
K‧‧‧觸點
L1‧‧‧外導體/經指派外導體/相位/外導體相位
L2‧‧‧外導體/經指派外導體/相位/外導體相位
L3‧‧‧外導體/經指派外導體/相位/外導體相位
N‧‧‧中性導體/中性點
Q‧‧‧觸點
R‧‧‧徑向方向
RN‧‧‧電阻器
S‧‧‧中性點
S’‧‧‧中性點
Z 1‧‧‧阻抗
Z 2‧‧‧阻抗
Z 3‧‧‧阻抗
將參考圖在對例示性實施例之說明中闡釋本發明之進一步特徵及優點，其中：圖1 展示根據本發明之一裝置之一管線之一示意性圖解；圖2 展示圖1中所展示之實施例之又一發展；圖3 展示根據本發明之一裝置之一管線之又一示意性圖解；圖4 展示根據本發明之一裝置之複數個管線之一配置之一圖 解；圖5 展示在一TN網路之情形中外導體與中性導體之互連之一示意性圖解；且圖6 展示在一IT網路之情形中外導體之互連之一示意性圖解。

Claims (32)

  1. 一種用於加熱一流體之裝置，其包括複數個導電管線(100)，其用於容納該流體(F)，及複數個電壓源(2)，其中一個電壓源(2)經分配給每一管線(100)，該各別電壓源連接至各別管線(100)，其中各別電壓源(2)在該各別管線(100)中產生一電流，該電流加熱該各別管線(100)以便加熱該流體(F)，其中該各別電壓源(2)具有至少M個外導體(L1、...、LM)，其中M係大於或等於2之一自然數，且其中該各別電壓源(2)在其外導體(L1、...、LM)處提供一AC電壓，其中各種AC電壓相對於彼此相移2π/M，且其中該各別電壓源(2)之該等外導體(L1、...、LM)以形成一星形電路之一方式而被導電連接至該各別管線(100)，其中每一外導體(L1、...、LM)經由該各別管線(100)之至少一部分被導電連接至該星形電路之中性點(S)。
  2. 如請求項1之裝置，其中該等電壓源(2)各自具有一中性導體(N)。
  3. 如請求項2之裝置，其中該各別中性導體(N)被導電連接至該中性點(S)。
  4. 如請求項1至3項中任一項之裝置，其中M等於3。
  5. 如請求項1至3項中任一項之裝置，其中管線(100)具有M個翼管(101)，其中每一翼管(101)具有一第一端區段(101a)及一第二端區段(101c)以及一中心區段(101b)，該中心區段(101b)以流體方式及以導電方式將該兩個端區段(101a、101c)彼此連接。
  6. 如請求項5之裝置，其中各別翼管(101、102、103)之該兩個端區段(101a、101c，102a、102c，103a、103c)被導電連接至該中性點(S)。
  7. 如請求項5之裝置，其中該等翼管(101、102、103)之中心連接件(101b、102b、103b)各自被導電連接至該各別電壓源(2)之經分配外導體(L1、L2、L3)。
  8. 如請求項4之裝置，其中第一翼管(101)之該第二端區段(101c)以流體方式及以導電方式連接至第二翼管(102)之第一端區段(102a)，且其中該第二翼管(102)之第二端區段(102c)以流體方式及以導電方式連接至第三翼管(103)之第一端區段(103a)。
  9. 如請求項8之裝置，其中該第一翼管(101)之該第二端區段(101c)整體形成於該第二翼管(102)之該第一端區段(102a)上。
  10. 如請求項8之裝置，其中該第二翼管(102)之第二端區段(102c)整體形成於該第三翼管(103)之該第一端區段(103a)上。
  11. 如請求項8之裝置，其中該第一翼管(101)之該第一端區段(101a)形成用於將該流體(F)饋送至該各別管線(100)中之一進口(3)。
  12. 如請求項8之裝置，其中該第三翼管(103)之該第二端區段(103c)形成用於允許該流體(F)自該各別管線(100)向外傳送之一出口(4)。
  13. 如請求項1之裝置，其中該等管線(100)具有多個翼管(101、102、103)，其各自彼此單獨地傳導待加熱之一流體(F、F‘、F“)。
  14. 如請求項5之裝置，其中該等翼管(101、102、103)各自呈一迴圈之形式，其中該各別翼管(101、102、103)之該中心區段(101b、102b、103b)形成各別迴圈(101、102、103)之一端。
  15. 如請求項14之裝置，其中在該各別端之區域中，該分別經分配外導體(L1、L2、L3)導電連接至該各別翼管(101、102、103)。
  16. 如請求項5之裝置，其中該等翼管(101、102、103)各自沿著一縱向軸(A)延伸。
  17. 如請求項16之裝置，其中該等翼管(101、102、103)沿著各別縱向軸(A)具有相同長度。
  18. 如請求項5之裝置，其中該各別管線(100)之該等翼管(101、102、103)之該等端區段(101a、101c；102a、102c；103a、103c)經分配於一中心區域(B)，該等翼管(101、102、103)自該中心區域沿著一徑向方向(R)向外延伸。
  19. 如請求項17之裝置，其中每兩個毗鄰翼管(101、102；102、103；103、101)之該等縱向軸(A)彼此相對構成一120°之角。
  20. 如請求項1至3項中任一項之裝置，其中複數個或所有該等管線(100)以流體方式彼此串聯連接，因而該流體(F)可連續地流動穿過該等管線。
  21. 如請求項1至3項中任一項之裝置，其中複數個或所有該等管線(100)為平行的，因而該流體(F)可在彼等平行管線(100)當中分流。
  22. 一種用於使用如請求項1至21中任一項之一裝置加熱一流體(F)之方法，其中該流體流動穿過該裝置之管線且藉助於由在該等管線中流動之一多相交流電加熱該等管線而在該等管線中被加熱，因而在該等管線中產生焦耳熱，且將此焦耳熱轉移至該流體，使得該流體在其流動穿過該等管線時被加熱。
  23. 如請求項22之方法，其中將待熱裂解之一碳氫化合物作為流體加熱。
  24. 如請求項23之方法，其中該待熱裂解之碳氫化合物為碳氫化合物之一混合物。
  25. 如請求項22之方法，其中將水或蒸汽作為流體加熱。
  26. 如請求項25之方法，其中該蒸汽被加熱至在自550℃至700℃之範圍內之一反應器進口溫度。
  27. 如請求項26之方法，其中該蒸汽係被添加至該待裂解之碳氫化合物。
  28. 如請求項22之方法，其中將碳氫化合物與蒸汽之一經預加熱混合物作為流體加熱，以便裂解該等碳氫化合物。
  29. 如請求項22之方法，其中將來自一重組器爐之燃燒空氣作為流體預加熱。
  30. 如請求項29之方法，其中將來自該重組器爐之燃燒空氣預加熱至在自200℃至800℃之範圍內之一溫度。
  31. 如請求項29之方法，其中將來自該重組器爐之燃燒空氣預加熱至在自400℃至700℃之範圍內之一溫度。
  32. 如請求項22之方法，其中該等管線為一重組器之反應管之形式。
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