DE4042056A1 - Vorrichtung zum transportieren von medien mittels thermisch isolierten rohren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Gattung.

Derartige Vorrichtungen sind bereits bekannt und werden beispiels­ weise zum Zuleiten von warmen Gasen oder von Flüssigkeiten zu Verarbeitungsstationen verwendet. Damit das Medium auf dem Wege zu der betreffenden Verarbeitungsstation nicht zu stark abkühlt und z. B. bei Gasen den Taupunkt erreicht, muß die Ab­ kühlung an kühlere Umgebung durch die Isolierschicht z. B. eine Mineralwolle-Packung vermindert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung dieser Gattung dahingehend abzuwandeln, daß größere Verluste an Wärmeenergie mit einfachen Mitteln bei geringem Raumbedarf verhindert werden. Die Vorrichtung soll sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnen und auch leicht montierbar und demontierbar sein.

Die Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet und in Unter­ ansprüchen sind weitere Ausbildungen beansprucht; in der Be­ schreibung sind weitere Verbesserungen der Erfindung angegeben.

Der Heizleiter ist als dünnes band- oder rohrförmiges Material auf einem Kernrohr aus elektrisch isolierendem Material aufge­ bracht und zieht sich dort zweckmäßigerweise wendelförmig entlang, ohne daß die Erfindung auf diese wendelförmige Anordnung be­ schränkt ist. Der Heizleiter kann auch in Form mehrerer paralleler, sich in Längsrichtung auf der Außenfläche des Kernrohrs hin­ ziehender Einzelheizleiter ausgebildet sein.

Bei der Erfindung wird der elektrische Strom unmittelbar durch die auf dem Außenmantel des Kernrohrs befindlichen Heizbänder geleitet, wodurch dem Wärmeentzug aus dem Kernrohr und dem hindurchgeleiteten Medium noch besser und einfacher begegnet wird und sich wesentliche Vereinfachungen bei geringem Raumbedarf ergeben.

Im übrigen kann die Vorrichtung auch als Heizeinrichtung zum Erwärmen des Mediums im Kernrohr verwendet werden.

Radial um die aus dem Heizleiter und dem Kernrohr gebildete Baueinheit ist eine elektrische und thermische Isolierung gelegt, welche aus der thermischen Isolierschicht und insbesondere einem zusätzlichen Mantelrohr besteht.

Während die Isolierschicht durch entsprechende Wahl der Wand­ stärken und des Materials ein möglichst gutes thermisches Iso­ liervermögen haben soll, damit keine Wärmeenergie des Heiz­ leiters radial nach außen verlorengeht, sollte das Material des Kernrohrs und/oder dessen Wandstärken im Falle einer Heiz­ einrichtung so ausgewählt sein, daß ein möglichst geringer Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Heizleiter an der Außenseite des Kernrohrs und der inneren Mantelfläche des Kernrohrs besteht, da hierdurch das im Inneren des Kernrohrs befindliche Medium, insbesondere eine dort hindurch geleitete Flüssigkeit oder ein hindurchströmendes Gas, rasch aufgeheizt wird.

Es empfiehlt sich, verhältnismäßig breite flache Bänder als Heizleiter zu verwenden, so daß der Heizleiter großflächig mit der Außenfläche des Kernrohrs in Berührung kommt. Der Quer­ schnitt, das Material und die Versorgung der Heizleiter mit elektrischer Energie sollte so gewählt werden, daß die zulässige Betriebstemperatur des Kernrohrs nicht erreicht wird.

Höchst vorsorglich empfiehlt sich, wenn im Bereich des Kernrohrs ein Thermofühler angeordnet wird, so daß eine Überwachungsein­ richtung feststellt, wenn die Heizleiter das Kernrohr auf eine zu hohe Temperatur erhitzen, worauf eine vorsorgliche Abschaltung oder Verminderung der Zuführung elektrischer Energie zum Heiz­ leiter vorzusehen ist.

Das Kernrohr sollte aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff z. B. Duroplaste, wie GFK und anderer, oder Thermoplaste, wie PVC, PP, PE, PVDF, PTFE bestehen.

Während für das äußere Mantelrohr die Verwendung von Kunststoff, insbesondere PE, empfehlenswert ist, sollte die Isolierschicht aus elektrisch isolierendem Kunststoffschaum, vorzugsweise PU-Schaum, bestehen. Darüber hinaus sind auch Polystyrol sowie auch Mineral- oder Steinwolle verwendbar. Das Mantelrohr kann auch aus Stahl, Aluminium und anderen Metallen bestehen.

Als Material für den Heizleiter empfiehlt sich Kupfer, Aluminium oder auch Stahl, d. h. ein solches elektrisch leitfähiges Material, das aufgrund seines speziellen elektrischen Widerstands bei Stromdurchfluß sich zu erwärmen vermag.

Unter Verwendung erfindungsgemäßer Rohre sind in weiterer Aus­ bildung der Erfindung ganze Heizrohrsysteme aufbaubar. Zu diesem Zweck empfiehlt es sich, wenn Kernrohre mit ihren Stirnflächen aneinanderstoßen und über die Endteile der benachbarten Kernrohre eine Rohrmuffe aufgesteckt ist, welche die beiden Kernrohre mechanisch miteinander verbindet. Auch die Rohrmuffen, welche sich ein Stück weit längs der benachbarten und insbesondere aneinanderstoßenden Kernrohre erstrecken, sollten zweckmäßiger­ weise aus gleichem Material wie die Kernrohre, insbesondere GFK, bestehen und mit den Endteilen der Kernrohre verklebt sein. In diesem Bereich der Endteile sind die Heizleiter zweckmäßigerweise entfernt. Das Verbinden der Heizleiter der benachbarten Kernrohre erfolgt dann zweckmäßigerweise durch eine elektrische Verbindungs­ leitung, welche radial außerhalb der Rohrmuffe entlanggeführt wird und über Anschlußschellen mit den verbliebenen Heizleitern auf den Kernrohren elektrisch in Verbindung gelangt. Solche Anschußschellen sind zu diesem Zweck um den Außenumfang der Kernrohre im Bereich der Heizleiter und in Kontakt mit diesen gelegt; sie weisen zweckmäßigerweise Kontaktorgane auf, an denen die elektrischen Verbindungsleitungen beispielsweise durch Ein­ stecken in Kontaktbuchsen einsteckbar sind.

Ebenso können elektrische Verbindungsleitungen zum Anschluß der Heizleiter an die elektrische Spannungsquelle über beispiels­ weise Klemmenbretter, elektrische Anschlußkästen oder dergleichen erfolgen. Der elektrische "Heizkreis" wird zweckmäßigerweise über einen Trenn-Transformator galvanisch von den übrigen elektrischen Einrichtungen getrennt. Hierdurch ist gewährleistet, daß bei einer Zerstörung der Isolierung die Berührung eines spannungs­ führenden Teiles gefahrlos bleibt. Auch Überwachungseinrichtungen für das Funktionieren der Isolation sind empfehlenswert, so daß bei Unterschreiten des erforderlichen Isolationswiderstands ein Alarm ausgelöst und/oder der elektrische Strom abgeschaltet wird.

Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung selbst in explosionsgefährdeten Bereichen der Zonen 1 und 2 und der Temperaturklassen T1 bis T3 ohne zusätzliche Maßnahmen eingesetzt werden kann. In diesen Fällen werden Klemmen/Anschlußkästen der Schutzart "erhöhte Sicherheit" (EExeT5) verwendet.

Schließlich ist es auch möglich, Maßnahmen dagegen zu treffen, daß sich die Kernrohre und Rohrmuffen statisch aufladen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Teilquerschnitt durch eine Heiz­ einrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht auf ein Endteil eines Kernrohrs, auf dem eine Anschlußschelle angeordnet ist, und

Fig. 2a eine andere Art einer elektrischen Verbindung;

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch den Bereich aneinanderstoßender benachbarter Kernrohre und Rohr­ leitungen, welche durch Muffen und eine elektrische Verbindungsleitung verbunden sind;

Fig. 4 teilweise im Querschnitt eine bevorzugte elektrische Anschlußmöglichkeit zum Beheizen der Heizleiter und

Fig. 5 eine Seitenansicht auf eine in Form zweier Halbschalen ausgebildeten Isolierschicht;

Fig. 6 und 7 schematische Teilansichten auf alternative Ausbildungen von mit Heizleitern versehenen Kernrohren.

Gemäß Fig. 1 weist die Vorrichtung ein Verbundsystem zweier koaxial zueinander angeordneter Rohre, nämlich des Kernrohrs 1 und des Mantelrohrs 3, auf. Auf den Außenmantel des Kernrohrs 1 ist wendelförmig der Heizleiter 2 in Form eines flachen Bandes entlanggewickelt und beispielsweise durch Aufkleben fixiert. Der Zwischenraum zwischen dem Kernrohr 1 mit dem Heizleiter 2 einerseits und dem Mantelrohr 3 ist durch die Isolierschicht 4 im wesentlichen vollständig ausgefüllt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß aus Kunststoff bestehender Schaum in den Zwischenraum zwischen den beiden Rohren 1 und 3 eingeschäumt wird oder indem nach Fig. 5 als Halbschalen 4a, 4b ausgebildete Rohrsegmente aus thermisch gut isolierendem und zweckmäßigerweise auch elektrisch isolierendem Schaumstoff eingesteckt werden. Die Hauptaufgabe der Isolierschicht 4 besteht darin, den Wärmever­ lust nach radial außerhalb des Kernrohrs 1 so gering wie möglich zu halten.

Das Kernrohr 1 besteht zweckmäßigerweise aus glasfaserver­ stärktem Kunststoff (GFK), aus dem beispielsweise nach dem Filament-Winding-Verfahren Rohre großer Länge von mehreren Metern hergestellt werden, die sich durch große Stabilität auszeichnen. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt; so können beispielsweise auch mit Carbonfasern verstärkte Kunst­ stoffe verwendet werden. Im übrigen ist es auch empfehlenswert, dem Material des Kernrohrs 1 solche Stoffe einzuverleiben, welche den Wärmeleitfähigkeitswiderstand reduzieren, so daß die von den Heizleitern 2 an der äußeren Mantelfläche des Kern­ rohrs 1 erzeugte Wärme schnell durch das Kernrohr 1 hindurch zu deren inneren Mantelfläche gelangen kann, falls dort eine Heiz­ funktion erfüllt werden soll.

Das Mantelrohr 3 besteht zweckmäßigerweise aus Polyethylen (PE), während die Isolierschicht 4 zweckmäßigerweise aus Poly­ urethan-Schaumstoff hergestellt ist.

Um einen Rohrleitungszug aus mehreren solchen Rohrverbundsystemen wie nach Fig. 1 zusammenzufügen und dafür zu sorgen, daß an den Heizleiter 2 elektrische Spannung angelegt werden kann, empfiehlt es sich, eine um den Umfang der äußeren Mantelfläche des Kernrohrs 1 im wesentlichen vollständig herumgreifende Anschlußschelle 5 aus biegbarem und elektrisch gut leitfähigem Material, wie Kupfer, so herumzulegen, daß dessen radiale Innen­ fläche in gutem elektrischem Kontakt zum bandförmigen Heiz­ leiter 2 gelangt.

Gemäß Fig. 2 ist eine solche Anschlußschelle 5 an den äußeren Enden mit abstehenden Flanschen 5a versehen, so daß die An­ schlußschelle 5 durch Zusammendrücken der beiden Flansche 5a aufeinander zu mit Hilfe der Feststellschraube 6 ihren Durch­ messer vermindert und fest auf das Kernrohr 1 aufgespannt werden kann. Mit der Feststellschraube 6 ist ein Kontaktorgan 17 aus elektrisch leitfähigem Material verbunden. Dabei ist eine als Klemmfahne 17a ausgebildete Verlängerung zwischen Teile der elektrisch leitfähigen Feststellschraube 6 eingespannt, während der abstehende Teil 17 nach Art einer Hülse ausgebildet sein kann, in welche eine elektrische Verbindungsleitung 16, beispielsweise eine blanke Kupferlitze, einsteckbar und unter Umständen einlötbar ist. Das Kontaktorgan ist dann in Form eines sogenannten "Kabel­ schuhs" ausgebildet.

Nach Fig. 2a wird stattdessen das Ende 2c des Heizleiters 2 des einen Kernrohrs 1 aus seiner in unterbrochenen Linien gezeigten Ursprungsstellung 2′ vom Kernrohr 1 abgelöst, auf das Ende 2c des Heizleiters 2 des benachbarten Kernrohrs 1 überlappend aufgelegt und dort mit diesem verlötet oder ver­ schweißt.

Nach Fig. 3 ist jeweils eine solche Anschlußschelle 5 im Bereich jeweils von Endteilen 1b der Kernrohre 1 an solchen Stellen angeordnet, an denen sich Heizleiter 2 befinden. Die den Stirn­ flächen 1a der zusammenstoßenden Kernrohre 1 nächstliegenden Partien der Endteile 1b können von Heizleitern 2 befreit werden, um das mechanische Verbinden der beiden Endteile 1b durch eine zweckmäßigerweise aus dem gleichen Material wie die Kernrohre 1 bestehende Rohrmuffe aufzustecken. Um einen genügenden Halt zu geben, empfiehlt es sich, die Rohrmuffe 7 um einen Betrag auf die jeweiligen Stirnenden der Kernrohre 1 aufzuschieben, der etwa dem Durchmesser der Kernrohre 1 entspricht. Die elek­ trische Verbindungsleitung 16 stellt dann gemäß Fig. 3 rings um und längs der Rohrmuffe 7 die elektrische Verbindung zwischen den Anschlußschellen 5 der benachbarten Kernrohre 1 bzw. deren Heizleiter 2 her. Bei dieser Verbindungstechnik stoßen die Mantelrohre 3 und die Isolierschichten 4 der benachbarten Rohr­ verbundsysteme jedoch nicht zusammen. Der axiale Zwischenraum zwischen denselben ist von Isolierstoff 9 ausgefüllt, während über die Rohrenden 3a der Mantelrohre 3 die Rohrenden 8a einer Außenmuffe 8 gesteckt sind, welche zweckmäßigerweise aus PE besteht. Das thermoplastische PE-Material der Außenmuffe 8 im Bereich der Rohrenden 8a wird mit dem Material des Mantelrohrs im Bereich der Rohrenden 3a thermisch verschweißt. Der Isolier­ stoff 9 kann auch aus PU-Schaumstoff, aus Mineralwolle oder anderem thermisch gut leitfähigen Material bestehen. Von außen stellt sich dem Betrachter ein verhältnismäßig glattes Rohrsystem dar, obwohl innerhalb desselben ein durchgehender elektrischer Verbindungszug hergestellt ist.

Um die elektrische Verbindung nach außerhalb des Rohrsystems herzustellen und die Heizleiter an die elektrische Spannungs­ quelle anzuschließen, empfiehlt sich gemäß Fig. 4 das Heraus­ führen der elektrischen Verbindungsleitung 16 aus dem Rohr­ system derart, daß der freiliegende Teil der elektrischen Ver­ bindungsleitung 16 von einer Silikonschicht umgeben und zu­ sätzlich mit einem elektrisch isolierenden Kabelschutzschlauch 10 ummantelt ist. Die elektrische Verbindungsleitung 16 führt dann als Verbindungskabel 11 zu elektrischen Anschlußorganen des Anschlußkastens 12, dessen Gehäuse zweckmäßigerweise aus Kunst­ stoff besteht und der zum Anschließen bei dieser Ausbildung mit zwei Spannschellen ausgestattet ist. Der Anschlußkasten ist für explosionssichere Anlagen mit einer Trennplatte 14 ausgerüstet, welche den Anschlußkasten 12 in zwei Abteilungen trennt, von denen in einer Abteilung Anschlußklemmen 15 für Temperaturfühler angeordnet sein können.

Kernrohre können auch durch Verkleben, Verschweißen, Vermuffen oder einer Kombination daraus miteinander verbunden werden.

Sämtliche mit den spannungsführenden Teilen in Berührung ge­ langende Werkstoffe sind ausgezeichnete elektrische Isolatoren, während die Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Aggregaten, insbesondere zwischen den radial äußeren Mantelrohren 3 und Außenmuffen 8, insbesondere durch Verschweißen gut gegen das Eindringen von Gasen abgedichtet sind, so daß die Vorrichtung auch in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausbildung gemäß Fig. 1 sind folgende Abmessungen der Einzelaggregate ausgewählt:

Kernrohr 1: GFK
Innendurchmesser: DN 100
Außendurchmesser: 114 mm

Mantelrohr 3: PE
Innendurchmesser: ca. 190 mm
Außendurchmesser: 200 mm

Gemäß Fig. 6 sind auf dem Außenmantel 1x des Kernrohrs 1 in dessen Längsrichtung verlaufende parallele Heizbänder 2a auf­ geklebt, während der Außenmantel des Kernrohrs 1 von Fig. 7 vollständig mit einem dünnen Mantel 2b aus Aluminium umgeben ist; dieses Rohr bzw. dieser Schlauch von Aluminiumfolie wird durch den in Längsrichtung I entlangströmenden elektrischen Strom erwärmt und verhindert so eine unerwünschte Wärmeabstrahlung vom Kernrohr 1 an die kühlere Umgebung.

Claims (16)

1. Vorrichtung zum Transportieren von Medien mittels thermisch isolierten Rohren, bei der das Medium längs eines Kernrohres entlangführbar ist, welches von einer thermischen Isolier­ schicht mindestens weitgehend umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Kernrohr (1) ein aus elektrisch leitfähigem und durch die elektrische Stromleitung sich erwärmendem Material gebildeter bandförmiger oder rohrförmiger Heizleiter (2; 2a; 2b) aufgebracht ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter (2) wendelförmig um das Kernrohr (1) gewickelt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter in Form mehrerer flacher, parallel längs zum Kernrohr (1) auf diesem entlanggeführter Bänder (2a) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter als rohrförmiger dünner Mantel (2b) auf dem Kernrohr (1) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Isolierschicht (4) zwischen dem Kernrohr (1) und einem radial das Kernrohr (1) und die Isolierschicht (4) umgebenden Mantelrohr (3) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernrohr (1) und/oder die Isolierschicht (4) im wesentlichen aus elektrisch isolierendem Material besteht, auf dem der Heizleiter (2) aufgebracht ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (4) aus Schaumstoff besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (4) aus im Querschnitt als Ringsektoren ausgebildeten Schalenkörpern (4a, 4b) zusammengesetzt ist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Endteil (1b) des Kernrohrs (1) eine elektrisch leitfähige Anschlußschelle (5) in elektrischer Verbindung mit dem Heizleiter (2) aufgebracht und mit einem Kontakt­ organ (17) zum Anschluß einer elektrischen Verbindungsleitung (16) versehen oder verbindbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (16) zwei aufeinanderfolgende Kernrohre (1) elektrisch verbindet.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende (2c) von bandförmigen Heizleitern (2) vom betreffenden Kernrohr (1) abgehoben und überlappend mit einem Ende (2c) des Heizleiters (2) eines benachbarten Kernrohrs (1) elektrisch verbunden ist.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende Kernrohre (1) durch eine auf deren Endteile (1b) aufgesteckte Rohrmuffe (7) mechanisch ver­ bunden sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (16) radial außerhalb der Rohr­ muffe (7) längs derselben entlanggeführt ist.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endteile (3a) der Mantelrohre (3) mittels einer auf diese aufgesteckten Außenmuffe (8) verbunden sind und daß der Zwischenraum zwischen der Rohrmuffe (7) und der Außenmuffe (8) mit thermischem Isolierstoff (9) im wesent­ lichen ausgefüllt ist.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindungsleitung (16) zum Anschluß an einen elektrischen Anschlußkasten (12) bzw. ein elek­ trisches Klemmenbrett dient, das an eine elektrische Spannungs­ quelle anschließbar ist.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Überwachungseinrichtung, von der ein Thermofühler im Bereich des Kernrohrs (1) angeordnet ist.