EP2962523B1

EP2962523B1 - Vorrichtung zur beheizung einer rohrleitung

Info

Publication number: EP2962523B1
Application number: EP14706621.1A
Authority: EP
Inventors: Jürgen WORTMANN; Michael Lutz; Martin GÄRTNER; Kerstin Schierle-Arndt; Stephan Maurer; Michael LADENBERGER; Karolin Geyer; Florian Garlichs
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2034-02-26
Also published as: ES2629908T3; AU2014222767B2; MX345140B; WO2014131788A1; MA38378B1; CN105191488A; TN2015000366A1; PT2962523T; MA38378A1; BR112015021049A2; CL2015002415A1; AU2014222767A1; IL240757B; CN105191488B; EP2962523A1; MX2015011200A; IL240757A0

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Beheizung einer Rohrleitung, umfassend ein elektrisches Widerstandsheizelement, das sich entlang eines Rohres erstreckt. Das elektrische Widerstandsheizelement kann aus der Rohrleitung selbst gebildet werden, aber auch zusätzliche Heizelemente z.B. in Form eines Innenheizleiters enthalten, die an ihren Enden an eine Spannungsquelle elektrisch angeschlossen sind.
Dokument FR 2 722 359 A1 offenbart ein Rohrleitungssystem mit mehreren Rohrleitungen, die jeweils mit einem elektrischen Widerstandsheizelement beheizt werden können.
Eine Vorrichtung zur Beheizung von Rohrleitungen wird zum Beispiel in linear konzentrierenden Solarkraftwerken, insbesondere Parabolrinnen-Solarkraftwerken oder Fresnel-Kraftwerken, benötigt, in denen Rohrleitungen von einer Salzschmelze durchströmt werden. In solchen Solarkraftwerken sind die Rohrleitungen zu Netzwerken geschaltet, die der Erfassung solarer Energie im Solarkraftwerk dienen. In derartigen Netzwerken wird die Strahlungsenergie der Sonne mittels Spiegel auf speziell thermisch isolierte Rohrleitungen konzentriert. Die Rohrleitungen werden aus in Reihe geschalteten Kollektoren gebildet. Ein Kollektor umfasst ein Spiegelsystem, das die Strahlungsenergie der Sonne auf einen Rohrleitungsabschnitt, einem sogenannten Receiver, konzentriert.
Ein anderes Anwendungsbeispiel für Rohrleitungen, die vorteilhafterweise beheizt werden, sind Pipelines, durch die über lange Strecken Schmelzen gefördert werden, zum Beispiel Pipelines für flüssigen Schwefel.
In Solarkraftwerken wird die von den Receivern erfasste Strahlungsenergie auf eine Wärmeträgerflüssigkeit übertragen. Derzeit wird als Wärmeträgerflüssigkeit insbesondere ein Biphenyl/Diphenylether-Gemisch eingesetzt, das jedoch durch seine Zersetzungstemperatur von ca. 400 °C in seiner maximalen Betriebstemperatur begrenzt ist. Um höhere Betriebstemperaturen zu erhalten, die einen höheren Wirkungsgrad ermöglichen, sind andere Wärmeträgerflüssigkeiten erforderlich. Hierzu werden insbesondere Salzschmelzen, insbesondere Nitrat-/Nitritsalzschmelzen, beispielsweise sogenanntes Solarsalz 60, ein Gemisch aus Natriumnitrat und Kaliumnitrat im Verhältnis von 60:40 eingesetzt.
Ein Nachteil der Salzschmelzen ist jedoch deren hohe Schmelztemperatur. Eine Natrium-/Kaliumnitratmischung schmilzt zum Beispiel im Eutektikum, das heißt bei einem Mischungsverhältnis von 56:44 bei einer Temperatur von 218 °C. In langen Rohrleitungsnetzwerken, wie sie in Solarkraftwerken auftreten, sind Salzschmelzen mit hohen Schmelzpunkten schwierig sicher zu betreiben. Das Einfrieren der Salzschmelze kann in Rohrleitungssystemen große wirtschaftliche Schäden verursachen. Ursache der Schäden ist zum Beispiel die starke Volumenausdehnung von Salzschmelzen beim Aufschmelzen. Es besteht die Gefahr, dass Armaturen und Rohrleitungen aufgedrückt und stark beschädigt werden.
Um ein Einfrieren der Salzschmelze zu verhindern, ist es derzeit üblich, bei langer Betriebsunterbrechung des Solarkraftwerkes das Rohrleitungssystem zu entleeren. Alternativ ist es auch möglich, das Rohrleitungssystem übergangsweise zu beheizen. Hierzu kann zum Beispiel elektrische Energie eingesetzt werden oder Wärme aus verfügbaren Wärmespeichern genutzt werden. Wenn Wärme aus verfügbaren Wärmespeichern genutzt wird, wird üblicherweise eine heiße Wärmeträgerflüssigkeit durch das Rohrleitungssystem gepumpt. Diese Verfahren haben den Nachteil, dass dazu erhebliche Mengen an Energie in Form von elektrischer Energie beziehungsweise in Form von Wärmeenergie aufgebracht werden müssen.
Wenn für Rohrleitungen eine elektrische Beheizung vorgesehen ist, so wird diese derzeit üblicherweise durch Beilegen hoch temperaturbeständiger mineralisolierter elektrischer Heizleiter realisiert. Bei Solarreceivern, wie sie in Parabolrinnen-Solarkraftwerken eingesetzt werden, kann diese Technik jedoch nicht angewendet werden, da die einzelnen Receiver durch einen evakuierten Glasmantel sehr gut gegen die Umgebung und damit auch gegen einen beigelegten Mineral-isolierten Hochtemperatur-Heizleiter thermisch isoliert sind. Derzeit werden Receiver deshalb dadurch elektrisch beheizt, dass das Rohrleitungssystem selbst bei niedriger Spannung mit einer hohen Stromstärke beaufschlagt wird. Dieses Verfahren wird auch Joulesche Heizung oder Impedanzheizung genannt. Dies hat jedoch den Nachteil, dass an den Rohrleitungsverbindern unterschiedlich hohe Übergangswiderstände oder thermische Verluste auftreten können. An den Stellen mit einem hohen Widerstand tritt eine stärkere Erwärmung auf. Es besteht die Gefahr einer ungleichmäßigen Beheizung und einer lokalen Unterschreitung der Schmelztemperatur des als Wärmeträger eingesetzten Salzes. Diese Schwierigkeiten können durch Beilegen eines gegen die umhüllende Rohrleitung nicht isolierten Innenheizleiters mit über die ganze Heizstrecke konstantem elektrischem Widerstand gelöst werden, der an beiden Enden elektrisch mit der Rohrleitung verbunden ist.
Wird über eine Joulesche Heizungsstrecke oder über einen nicht isolierten Innenheizleiter eine Spannung angelegt, muss ein separater elektrischer Leiter parallel zur Rohrleitung verlegt werden, um den Stromkreis zu schließen. Eine denkbare Stromführung über den Untergrund kann in der Regel die zum Heizen notwendig hohen Stromstärken nicht tragen. Die elektrischen Widerstände des Bodens sind erwartungsgemäß so hoch, dass die Heizleistung an der zu beheizenden Rohrleitung bis zur vollständigen Funktionslosigkeit geschwächt wird. Dieses wirkt sich besonders stark bei langen Rohrleitungen mit Längen von mehr als 100 m aus.
Ein Rohrleitungsabschnitt ist im allgemeinen Teil eines größeren Rohrleitungsnetzwerkes. Dieses angeschlossene Netzwerk liegt natürlicherweise auf einem erdnahen Potential, Erdpotential genannt, da das Rohrleitungsnetzwerk einer verfahrenstechnischen Anlage üblicherweise über viele niederohmige Verbindungen zum Potential der Umgebung verfügt. Damit keine wirksamen parasitären Stromflüsse zwischen dem Rohrleitungsnetzwerk und dem beheizten Rohrleitungsabschnitt auftreten, müssen die beiden Enden des Rohrleitungsabschnittes auf dem elektrischen Potential des Rohrleitungsnetzwerkes, dem Erdpotential, liegen. Geschmolzene Salze weisen üblicherweise eine gute elektrische Leitfähigkeit auf. Deshalb ist es nicht möglich, einen parasitären Stromfluss durch gegenseitige elektrische Isolation von Rohrleitungssegmenten zu verhindern. Die Wärmeträgersalzschmelze würde den elektrischen Strom über die Isolation hinweg führen.
Es ist üblich, in linear konzentrierenden Solarkraftwerken Rohrleitungsabschnitte so zu bilden, dass sie in Form nebeneinander liegender Schleifen angeordnet sind. Dabei kann die Beschaltung des elektrischen Heizelementes so angeordnet sein, dass der schleifenförmige Rohrleitungsabschnitt an den Verbindungen zum Rohrleitungsnetzwerk der Anlage auf Erdpotential gelegt und mit einem Pol einer Stromquelle an der Stelle der Schleifenumkehr verbunden wird. Der zweite Pol der Spannungquelle wird über eine niederohmige Rückleitungsstrecke mit dem geerdeten Ende des Heizelements verbunden. Durch Einsatz dieser Rückleitungsstrecke wird ein unkontrolliertes Abfließen von Strom in die Umgebung vermieden und die volle Funktion des Heizleiters sichergestellt.
Bei langen Rohrleitungsschleifen sind allerdings solche Rückleitungsstrecken nachteilig. Um eine ausreichend hohe Leitfähigkeit der Rückleitungsstrecke zu erreichen, sind Leitungen mit einem großen Querschnitt, beispielsweise dicke Kupferkabel oder Kupferschienen, erforderlich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Ressourcenverbrauch, insbesondere den Kupferverbrauch, bei der Erstellung von Heizsystemen dadurch zu mindern, dass auf eine Rückleitungsstrecke vollständig bei vollem Erhalt der Heizfunktion verzichtet werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Beheizung eines Rohrleitungssystems, umfassend mindestens zwei Rohrleitungen, entlang denen sich jeweils ein elektrisches Widerstandsheizelement erstreckt, wobei sich an jedem Widerstandsheizelement an mindestens einem Ende ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt und an einer von diesem Ende entfernt liegenden Position mit einem Pol einer Gleichstromquelle oder mit jeweils einer Phase einer n-phasigen Wechselstromquelle verbunden ist, wobei bei Einsatz einer n-phasigen Wechselstromquelle n eine ganze Zahl gleich oder größer als 2 ist.
Wird die von den Stromquellen erzeugte Potentialdifferenz schwebend erzeugt, führt der Kontakt mit der Anlage am Schleifenbeginn dort zu einem Potential, das fast dem der Erde entspricht. Schwebende Potentialdifferenzen von Stromquellen können beispielsweise leicht mittels auf der Sekundärseite ungeerdeten Transformatoren gebildet werden.
Ein Potential nahe dem Erdpotential bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Potential, das sich einstellt, wenn ein elektrischer Leiter geerdet wird oder alternativ ein Potential, das sich einstellt, wenn zwei entgegen gerichtete Phasen mit gleichem Betrag der Stromstärke und Spannung in einem elektrischen Leiter aufeinandertreffen und sich auf diese Weise aufheben oder wenn in einem elektrischen Leiter ein positiver und ein negativer Anteil einer Gleichspannung mit gleichem Betrag der Spannung und Stromstärke aufeinandertreffen und sich auf diese Weise gegenseitig in einem Sternpunkt aufheben. Die Schaltung entspricht demnach einer doppelten Sternschaltung. Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass ein elektrisches Widerstandsheizelement mit einer Phase einer Wechselstromquelle und ein zweites elektrisches Widerstandsheizelement mit einer zweiten Phase der Wechselstromquelle, die der ersten Phase entgegengerichtet ist, verbunden werden und die beiden elektrischen Widerstandsheizelemente an ihren Enden elektrisch miteinander verbunden werden. Alternativ können entsprechend auch ein elektrisches Widerstandsheizelement mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle und das zweite elektrische Widerstandsheizelement mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden werden. An der elektrischen Verbindung der elektrischen Widerstandsheizelemente an einem dem Stromanschluss entfernten Ende wird der Stromkreis geschlossen und an der elektrischen Verbindung der Enden der elektrischen Widerstandsheizelemente heben sich die in die elektrischen Widerstandsheizelemente eingespeisten Potentiale auf. Auf diese Weise stellt sich an einem Ende der elektrischen Widerstandsheizelemente ein Potential nahe dem Erdpotential ein, ohne dass die elektrischen Widerstandsheizelemente geerdet werden.
Die Verbindung des elektrischen Widerstandsheizelements mit einer Phase einer Wechselstromquelle oder einem Pol einer Gleichstromquelle kann an einem Ende des elektrischen Widerstandsheizelements erfolgen oder an einer beliebigen Position zwischen den beiden Enden des elektrischen Widerstandsheizelements. Bevorzugt ist es, wenn sich am elektrischen Widerstandsheizelement an beiden Enden ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt und das Widerstandsheizelement zwischen den Enden mit dem Pol der Gleichstromquelle oder der Phase der Wechselstromquelle verbunden ist. Die Position, an der das elektrische Widerstandsheizelement mit dem Pol der Gleichstromquelle oder der Phase der Wechselstromquelle verbunden ist, ist abhängig von den Widerständen des elektrischen Widerstandsheizelement und der gewünschten Heizaufgabe. Der Widerstand des elektrischen Widerstandsheizelements lässt sich zum Beispiel durch die Verwendung unterschiedlich elektrisch leitfähiger Materialien oder verschiedene Leitungsquerschnitte realisieren. Wenn sich aufgrund von Fertigungstoleranzen über die Länge des elektrischen Widerstandsheizelements unterschiedliche Widerstände ergeben, aber überall die gleiche Heizleistung abgegeben werden soll, kann sich auch hierdurch eine Position des Anschlusses ergeben, die nicht in der Mitte des elektrischen Widerstandsheizelements liegt. Alternativ wird eine außermittige Position des Anschlusses zum Beispiel dann gewählt, wenn in einem Bereich der zu beheizenden Rohrleitung eine höhere Heizleistung erforderlich ist als in einem anderen Teil der Rohrleitung, zum Beispiel infolge einer in einem Bereich schlechteren Isolierung. Eine Erhöhung der Heizleistung bei gleichbleibendem Leitungsquerschnitt wird in diesem Fall durch Verkürzung der Strecke zwischen Anschluss des Pols der Gleichstromquelle oder der Phase der Wechselstromquelle und dem Ende, an dem sich ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt, erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist jedes elektrische Widerstandsheizelement in mindestens zwei Abschnitte geteilt, wobei sich an den Enden jedes Abschnitts ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt und zwischen den Enden ein Pol einer Gleichstromquelle oder eine Phase einer Wechselstromquelle angeschlossen ist, wobei jeweils die Enden sämtlicher Abschnitte, die aus einer Gleichstromquelle oder einer n-phasigen Wechselstromquelle gespeist werden, elektrisch niederohmig, das heißt mit einem Widerstand, der deutlich kleiner ist als der Widerstand der Rohrleitung, miteinander verbunden sind. Durch die elektrische Verbindung der Enden sämtlicher Abschnitte, die aus einer Gleichstromquelle oder einer n-phasigen Wechselstromquelle gespeist werden, wird erreicht, dass sich die einzelnen Ströme in den jeweiligen elektrischen Widerstandsheizelementen gegenseitig aufheben. Insbesondere bei Verwendung einer Wechselstromquelle mit einer ungeraden Anzahl an Phasen, wo es nicht möglich ist, zwei um 180° versetzte Phasen in zwei miteinander an einem Ende verbundene elektrische Widerstandsheizelemente einzuspeisen, wird durch die elektrische Verbindung der Enden der elektrischen Widerstandsheizelemente, die von einer Wechselstromquelle gespeist werden, erreicht, dass sich die Phasen der Wechselstromquelle durch die elektrische Verbindung gegenseitig aufheben und sich an den Enden der elektrischen Widerstandsheizelemente auf diese Weise ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird jeder Abschnitt aus mindestens zwei Stromquellen gespeist, wobei jede Stromquelle eine Gleichstromquelle oder eine Wechselstromquelle sein kann und die Stromquellen jeweils an verschiedenen Positionen am elektrischen Widerstandsheizelement angeschlossen sind. Ein Vorteil der Nutzung mehrerer Stromquellen ist, dass zwischen den Stromquellen unterschiedliche Streckenlängen des elektrischen Widerstandsheizelements und damit individuelle Heizleistungen für die einzelnen Streckenabschnitte realisiert werden können.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden die Gleichstromquelle oder die Phase einer Wechselstromquelle schwebend erzeugt, das heißt, dass an der Spannungsquelle nur eine Spannungsdifferenz aber kein absolutes Potential angelegt wird. Ist das Eigenpotential aller Stromquellen schwebend, ist es grundsätzlich möglich, miteinander elektrisch verbundene Stromquellen gleichzeitig zu betreiben. Bei Wechselspannungen sind allerdings störende Kopplungen über die Induktivität der Stromkreise möglich. Insbesondere, wenn unterschiedliche Streckenlängen und individuelle Heizleistungen eingestellt werden sollen, ist es möglich, dass mindestens eine Stromquelle, aus der der Abschnitt gespeist wird, eine Gleichstromquelle und mindestens eine Stromquelle eine Wechselstromquelle ist. Dies hat den Vorteil, dass beide Stromquellen gleichzeitig betrieben werden können. In Abhängigkeit von der Position der Stromquellen lassen sich auf diese Weise individuelle Heizleistungen in den jeweiligen Teilabschnitten zwischen den Stromquellen beziehungsweise zwischen einem Ende, an dem sich ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt, und einer benachbarten Stromquelle einstellen. Das Risiko einer störenden Kopplung der Stromkreise wird auch verringert, wenn alle Stromquellen Wechselstromquellen sind, die mit deutlich unterschiedlichen Frequenzen oder gegeneinander verschobenen Phasen betrieben werden
Neben dem gleichzeitigen Betrieb der Stromquellen ist es auch möglich, die Stromquellen alternierend zu betreiben. In diesem Fall wird jeweils nur von einer Stromquelle Strom in den jeweiligen Abschnitt eingespeist. Der alternierende Betrieb ist immer möglich, auch dann, wenn alle Stromquellen Wechselstromquellen oder alle Stromquellen Gleichstromquellen sind. Wenn alle Stromquellen Wechselstromquellen sind, braucht bei einem alternierenden Betrieb auch nicht darauf geachtet werden, dass der Strom mit gegeneinander verschobener Phase oder mit unterschiedlichen Frequenzen eingespeist wird. Da jeweils nur eine Stromquelle Strom einspeist, können sich innerhalb des Abschnitts auch keine Ströme unterschiedlicher Stromquellen gegenseitig beeinflussen. Selbstverständlich ist es auch bei alternierendem Betrieb möglich, Wechselstromquellen einzusetzen, die mit gegeneinander verschobenen Phasen oder unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden.
Wenn die Anzahl der zu beheizenden Rohrleitungen größer ist als die Anzahl der Pole der Gleichstromquelle oder die Anzahl der Phasen der Wechselstromquelle, ist es möglich, dass bei Einsatz von Gleichstromquellen bei einer Anzahl an Rohrleitungen größer als zwei jeweils zwei Rohrleitungen zu einer Gruppe zusammengefasst werden, deren elektrische Widerstandsheizelemente mit den Polen einer Gleichstromquelle verbunden werden oder bei Einsatz von n-phasigen Wechselstromquellen bei einer Anzahl an Rohrleitungen größer als n jeweils n Rohrleitungen zu einer Gruppe zusammengefasst werden, deren elektrische Widerstandsheizelemente mit den Phasen einer Wechselstromquelle verbunden werden.
Eine n-phasige Wechselstromquelle kann zum Beispiel realisiert werden, indem die mehrpoligen Einspeisungen aus Umrichter- oder Thyristorschaltungen gebildet werden. Eine Anpassung an den Widerstand der Rohrleitungen ermöglichen Transformatoren mit passendem Übersetzungsverhältnis.
Wenn ein Rohrleitungsbündel mehrere Beheizungsabschnitte aufweist, ist es mit Hilfe elektronischer Schaltgeräte möglich, den Beheizungsabschnitten unterschiedliche Spannungsmuster aufzulegen, wobei Spannungshöhe, Spannungsdauer und Frequenz für jeden Beheizungsabschnitt anders gewählt werden können.
Das für die Beheizung von Rohrleitungen eingesetzte elektrische Widerstandsheizelement kann zum Beispiel ein in der Rohrleitung geführter Heizleiter sein. Alternativ ist es auch möglich, dass die Wandung der Rohrleitung zumindest teilweise elektrisch leitend ist und das elektrische Widerstandsheizelement von der Wandung der Rohrleitung gebildet wird.
Ein in der Rohrleitung geführter Heizleiter hat insbesondere in Rohrleitungen, durch die Salzschmelzen geführt werden, den Vorteil, dass im Falle einer Erstarrung des Salzes das Salz gleichmäßig aufgeschmolzen wird und sich entlang des Heizleiters ein Kanal bildet, durch den das Salz, dessen Volumen sich beim Schmelzen vergrößert, abfließen kann.
Wenn das elektrische Widerstandsheizelement von der Wandung der Rohrleitung gebildet wird, ist bevorzugt, wenn zur Stromeinleitung ein mit einer Schicht aus einem elektrisch gut leitenden Material beschichteter Metallstreifen radial an der Wandung der Rohrleitung elektrisch leitend befestigt wird und der Metallstreifen eine von der Rohrleitung wegstehende Fahne aufweist, an der eine Stromquelle angeschlossen werden kann. Durch den radial an der Rohrleitung befestigten Heizleiter kann der Strom gleichmäßig über den Umfang der Rohrleitung eingespeist werden.
Der Metallstreifen wird vorzugsweise aus dem gleichen Material gefertigt, wie die Rohrleitung. Insbesondere dann, wenn die Rohrleitung und damit auch der Metallstreifen aus einem nicht gut elektrisch leitenden Material gefertigt ist, sorgt die Beschichtung mit dem elektrisch gut leitenden Material für einen ausreichend kleinen Widerstand zur Stromeinleitung, um die Aufheizung des Metallstreifens möglichst gering zu halten.
Da sich Werkstoffe in Abhängigkeit von der Temperatur unterschiedlich ausdehnen, ist es insbesondere bei langen Rohrleitungen vorteilhaft, die Rohrleitung in Abschnitte zu unterteilen, die durch Kompensatoren miteinander verbunden werden. Derartige Kompensatoren werden so gestaltet, dass mechanische Kräfte aufgrund der Längenausdehnung der Rohrleitung kompensiert werden. Wenn die Rohrleitung als Widerstandsheizelement genutzt wird, ist es notwendig, die einzelnen Rohrleitungsabschnitte elektrisch miteinander zu verbinden. Hierzu ist es zum Beispiel möglich, die Rohrleitungsabschnitte durch mindestens einen durch den Kompensator führenden Anpassungsleiter elektrisch miteinander zu kontaktieren. Der Anpassungsleiter ist besonders bevorzugt ein Heizleiter, der wie nachfolgend beschrieben aufgebaut sein kann.
Salzschmelzen werden insbesondere in Solarkraftwerken, beispielsweise Parabolrinnen-Kraftwerken oder Fresnel-Kraftwerken als Wärmeträger eingesetzt. Rohrleitungen in solchen Kraftwerken weisen jeweils krümmungsfreie Strecken mit einer Länge von mindestens bis zu 100 m, üblicherweise bis zu 600 m, auf. Durch die großen geraden Strecken ist es möglich, einen Heizleiter in das Rohr einzulegen, ohne dass dieser um Rohrbögen geführt werden muss.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Heizleiter im Rohr azentrisch angeordnet, wobei der Abstand des Heizleiters bei einem mit einer maximalen Steigung von 45° verlaufenden Rohrabschnitt nach unten größer ist als nach oben. Durch das azentrische Einlegen des Heizleiters im Rohr wird vermieden, dass bei einer temperaturbedingten Längenausdehnung des Heizleiters entstehende durchhängende Bereiche des Heizleiters zwischen zwei Befestigungsstellen dazu führt, dass der Heizleiter die Innenwandung der Rohrleitung berührt. Auch im Falle des Durchhängens ist es notwendig, dass der Heizleiter keinen losen direkten Kontakt zur Innenwandung der Rohrleitung aufweist. Zur Befestigung des Heizleiters ist es zum Beispiel möglich, diesen in Ösen in der von der Salzschmelze durchströmten Rohrleitung zu führen.
Bei einer Steigung von mehr als 45°, insbesondere bei senkrecht verlaufenden Rohrleitungsabschnitten, ist es bevorzugt, wenn der Heizleiter zentrisch in der Rohrleitung verläuft.
Neben Rohrleitungen in Solarkraftwerken eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung aber auch für alle anderen Rohrleitungssysteme mit mindestens zwei Rohrleitungen, die beheizt werden sollen. Derartige Rohrleitungen können zum Beispiel von einem Wärmeträger durchströmt werden. Auch eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beispiel für Rohrleitungen, durch die Erdöl transportiert wird. Insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen kann so vermieden werden, dass das Öl in der Rohrleitung erstarrt und die die Rohrleitung blockiert. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch eingesetzt werden, um zusätzlich zu einer Isolierung die Temperatur eines die Rohrleitung durchströmenden Mediums stabil zu halten, um so zu vermeiden, dass sich das die Rohrleitung durchströmende Medium abkühlt. Selbstverständlich lässt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch nutzen, um ein die Rohrleitung durchströmendes Medium weiter zu erwärmen.
Besonders bevorzugt ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung jedoch in Rohrleitungen in Solarkraftwerken, insbesondere um einen eingefrorenen Wärmeträger, beispielsweise Solarsalz, nach dem Einfrieren, wie er bei einem Stillstand des Solarkraftwerks auftreten kann, wieder aufzuschmelzen. In diesem Fall bildet die Rohrleitung zum Beispiel eine Heizschleife in dem Solarkraftwerk.
Alternativ zu einem in der Rohrleitung verlegten Heizleiter kann das elektrische Heizelement auch jede beliebige andere Form annehmen, mit der eine Beheizung der Rohrleitung möglich ist. So ist es zum Beispiel auch möglich, einen Außenheizleiter, der außen an der Rohrwand anliegt, vorzusehen. Auch ist es möglich, die Rohrleitung mit einem elektrisch leitenden Innenmantel oder Außenmantel zu versehen, der als Heizelement wirkt. Besonders bevorzugt ist das elektrische Heizelement jedoch ein in der Rohrleitung liegender Heizleiter.
In Abhängigkeit von dem Medium, das durch die Rohrleitung transportiert wird, kann der elektrische Heizleiter isoliert und nicht isoliert ausgeführt sein. Insbesondere bei Transport eines elektrisch leitenden Mediums in der Rohrleitung ist es bevorzugt, den Heizleiter elektrisch isoliert auszuführen. Hierbei ist weiterhin auch die Temperatur des in der Rohrleitung geführten Mediums zu berücksichtigen. Das Material für die elektrische Isolierung des Heizleiters muss so ausgewählt werden, dass es gegenüber den in der Rohrleitung auftretenden Temperaturen und insbesondere gegenüber der Temperatur des elektrischen Heizleiters stabil ist.
Bei einem in einer Salzschmelze führenden Rohrleitung geführten elektrischen Heizleiter ist es bevorzugt, den Heizleiter in Form eines Rohres oder eines Kanals mit einem beliebigen Querschnitt zu gestalten und die Wandung des Rohres bzw. des Kanals mit Öffnungen zu versehen, durch die aufgeschmolzenes Salz ins Innere des in Form eines Rohres oder Kanals gestalteten Heizleiters strömen kann und im Inneren des Heizleiters transportiert wird, um beim Aufschmelzen des Salzes möglichst schnell einen Kanal zu bilden, durch den das aufgeschmolzene Salz strömen kann.
Neben einer massiven Außenwand, die mit Öffnungen versehen wird, ist es alternativ auch möglich, den Heizleiter zum Beispiel als ringförmiges Gestrick oder Gewebe zu gestalten. Auch hierzu wird im Inneren des Gewebes oder Gestrickes ein Hohlraum gebildet, durch den bereits geschmolzenes Salz strömen kann.
Alternativ zur Gestaltung des Heizleiters als Hohlkörper, in dessen Inneren ein Kanal gebildet wird, durch den die Salzschmelze strömen kann, ist es auch möglich, dass der Heizleiter mindestens eine sich in axialer Richtung erstreckende u-förmige oder v-förmige Vertiefung aufweist. In der Vertiefung wird das Salz zuerst schmelzen, so dass die Vertiefung einen Kanal bildet, durch den das geschmolzene Salz strömen kann. Ein Heizleiter mit mehr als einer u-förmigen oder mehr als einer v-förmigen Vertiefung kann zum Beispiel einen sternförmigen Querschnitt aufweisen. Auch ist es möglich, dass ein solcher Heizleiter zum Beispiel in Form eines Kanals mit einem u-förmigen Querschnitt gestaltet ist.
Neben einem Hohlkörper oder einem Heizleiter, der mindestens eine u-förmige oder v-förmige Vertiefung aufweist, ist es weiterhin auch möglich, zum Beispiel einen massiven elektrischen Leiter vorzusehen, der mit einem Drahtgeflecht umwickelt ist. In diesem Fall kann das geschmolzene Salz zunächst im Drahtgeflecht strömen, bevor sich außerhalb des Drahtgeflechts ein den Heizleiter umgebender Kanal ausgebildet hat.
Neben den vorstehend genannten Möglichkeiten ist es selbstverständlich auch möglich, dass der Heizleiter ein massiver Draht ist oder in Form eines Seils gestaltet ist. Auch kann der Heizleiter aus einem Material guter elektrischer Leitfähigkeit, beispielsweise Kupfer oder Aluminium gebildet sein, das von einer korrosionsfesten Hülle umschlossen ist. Hierdurch wird vermieden, dass das gut elektrisch leitfähige Material in Gegenwart des Salzes, das durch die Rohrleitung strömt, korrodiert, wodurch das Wärmeträgersalz verschmutzt wird und seine thermische Beständigkeit verliert.
Weiterhin ist es auch möglich, einen konventionellen Leiter, zum Beispiel mit strom-führender Seele und elektrischer Isolierung, als Innenheizleiter einzusetzen, wobei auf die elektrische Isolierung zusätzlich eine korrosionsfeste Hülle aufgebracht wird. Eine schützende Metallhülle als korrosionsfeste Hülle kann in diesem Fall auch als Rückleiter für den Strom dienen. Alternativ ist auch eine Zweiseelenanordnung mit isolierter Außenhülle aus Edelstahl verwendbar. Solche isolierten Heizleiter können auch an der Wand der Rohrleitung anliegen.
Der Heizleiter kann auch aus Segmenten aufgebaut sein, in Solarkraftwerken beispielsweise ein Segment pro Receiver, die bei Montage miteinander elektrisch leitend verbunden werden, zum Beispiel durch Verschrauben, Verschweißen oder Verklemmen. Der Aufbau von Segmenten bietet auch ein Konzept bei Ersatz eines Receivers innerhalb einer Reihe durch Schneiden und Wiederverbinden. Die Verbindungen müssen so gestaltet werden, dass dauerhaft ausreichend niedrige Übergangswiderstände realisiert werden.
Wenn der Heizleiter in Form eines Seiles ausgebildet ist, werden ein oder mehrere Litzen zu einem Seil verdreht. Das Seil ist vorzugsweise mehrlitzig. Durch das Verdrehen der Litzen zu einem Seil entsteht in der Mitte des Seiles ein Zwickelkanal, durch den bereits geschmolzenes Salz strömen kann und so der Druck ausgeglichen werden kann. Durch Verdrehung eines Seils mit einer Litze kann eine Spiralwicklung gefertigt werden, die in ihrer Mitte einen Zwickelkanal besitzt. Ein weiterer Vorteil des Einsatzes eines Seils ist, dass der horizontale Ausgleich der thermischen Ausdehnung erleichtert werden kann. Zudem ist es möglich, durch die Art der Verseilung die Steifigkeit des Leiters einzustellen, so dass bei entsprechender Verdrillung das Seil eine Festigkeit aufweist, die sich der Festigkeit eines steifen Leiters annähert. Dies erlaubt es, eine geringere Anzahl an Halterungen vorzusehen, die das Seil gegen Verschiebung in Strömungsrichtung sichern.
Die Litzen, aus denen das Seil verdrillt wird, können in Form von Drähten, das heißt massiv, gestaltet sein oder auch als Rohre ausgebildet sein. Wenn die Litzen in Form von Rohren gestaltet und nicht durch hoch elektrisch leitfähiges Material oder einen strömenden Wärmeträger gefüllt sind, so werden diese jeweils an den Enden vorzugsweise durch Schweißen verschlossen. Die einzelnen Rohre sind vorzugsweise mit einem Gas, beispielsweise Luft gefüllt. Durch das Gas in den rohrförmigen Litzen wird der Auftrieb in der Salzschmelze erhöht. Dies erlaubt eine Verringerung der Haltekraft der zum Fixieren nahe der Rohrmitte benötigten Federn. Die rohrförmigen Litzen können einen kreisförmigen Querschnitt oder einen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Ein nicht kreisförmiger Querschnitt ist zum Beispiel ein ovaler oder ein elliptischer Querschnitt. Bei einem nicht kreisförmigen Querschnitt ist es möglich, dass beim Aufschmelzen des Salzes örtlich auftretende erhöhte Drücke besser elastisch abgefedert werden können. Zudem wird durch nicht kreisförmige Querschnitte der Zwickelquerschnitt vergrößert und dadurch die Druckausgleichströmung im Zwickelkanal erleichtert. Um einen nicht kreisförmigen Querschnitt zu erhalten, ist es zum Beispiel möglich, Rohre zur Bildung der Litzen herzustellen und diese abzuplatten, beispielsweise durch Walzen. Eine weitere Möglichkeit, eine Litze mit einem nicht kreisförmigen Rohr auszubilden, ist eine nierenförmiger Querschnitt. Durch den nierenförmigen Querschnitt, der zum Beispiel beim quetschenden Verseilen von Rundrohren über einen runden Formdorn entsteht, wird ein besonders großer Zwickelkanal zwischen den Litzen geschaffen. Da die Litzen in einer Salzschmelze aufgenommen sind, ist es vorteilhaft, die mechanisch verformten Teile spannungsfrei zu glühen, um die Gefahr korrosiver Angriffe zu minimieren.
Bei einer rohrförmigen Gestaltung der Litzen ist es zusätzlich zur elektrischen Beheizung auch möglich, zur Beheizung einen flüssigen oder gasförmigen Wärmeträger einzusetzen, der durch die rohrförmigen Leitungen strömt.
Wenn die Rohrleitung als Rohrleitung in einem Solarfeld eines Parabolrinnen-Solarkraftwerks oder Fresnelkraftwerkes genutzt wird, umfasst die Rohrleitung üblicherweise ein innenliegendes Rohr, das von der Salzschmelze durchströmt wird und eine außenliegende Hülle aus Glas. Der Zwischenraum zwischen dem innenliegenden Rohr und der außenliegenden Hülle aus Glas ist evakuiert. Die Oberfläche des innenliegenden Rohres ist üblicherweise so gestaltet, dass diese die Sonnenstrahlung absorbiert und auf diese Weise aufwärmt. Die Wärme wird dann von dem innenliegenden Rohr an den Wärmeträger, der die Rohre durchströmt, übertragen. Diese Bereiche werden im Allgemeinen auch Receiver genannt.
In den genannten Solarkraftwerken verlaufen die Rohrleitungen üblicherweise u-förmig, wobei ein Schenkel der Rohrleitung mit einem Zulauf und ein zweiter Schenkel mit einem Ablauf verbunden sind. Die Schenkel der Rohrleitung erstrecken sich ohne Krümmung über eine Strecke von üblicherweise mindestens 100 m, bevorzugt über mindestens 300 m. An der dem Zulauf und dem Ablauf gegenüberliegenden Seite sind die beiden Schenkel miteinander über ein querlaufendes Rohrstück verbunden. Die Salzschmelze strömt dann über einen Bogen in das Querstück und vom Bogen in die parallel liegende, den zweiten Schenkel bildende zweite Rohrleitung. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Rohrbögen zur Strömungsumlenkung jeweils einen Rohrleitungsabschnitt auf, der sich in Richtung der Rohrleitung fortsetzt, wobei der Rohrleitungsabschnitt mit einem Verschluss verschlossen ist und der Heizleiter durch den Verschluss des Rohrleitungsabschnitts geführt ist. Damit bei Betrieb des isolierten Heizleiters keine Spannung an die Rohrleitung übertragen wird, wird der Heizleiter üblicherweise mit einer Isolierung durch den Verschluss der Rohrleitung geführt. Die Isolierung dient gleichzeitig zur Abdichtung.
Der Verschluss des Rohrleitungsabschnittes kann zum Beispiel als Blindflansch ausgeführt sein. Auch jeder beliebige andere Deckel, der dem in den Rohrleitungen auftretenden Druck standhält, kann verwendet werden. Bevorzugt ist jedoch ein Blindflansch.
Unabhängig von Art und Form des Heizleiters ist vorzugsweise am Ende des Heizleiters ein Rundstab angebracht. Dieser kann zum Beispiel durch eine Schweißverbindung, eine Schraubverbindung oder eine Klemmverbindung mit dem Heizleiter und isolierend oder nicht isolierend mit der Rohrleitung verbunden sein. Die Verbindung muss dabei so gestaltet sein, dass der Rundstab gut elektrisch leitend mit dem Heizleiter verbunden ist. Wenn der Verschluss des Rohrleitungsabschnittes ein Blindflansch ist, wird der Rundstab zur Befestigung zum Beispiel elektrisch isolierend oder nicht isolierend in einer Stopfbuchskonstruktion geführt und befestigt. Um im Fall des isolierten Heizleiters zu verhindern, dass elektrischer Strom an die Rohre geleitet wird, wird die Stopfbuchspackung der Stopfbuchskonstruktion elektrisch isolierend ausgeführt. Durch die Stopfbuchspackung wird ein Spalt zwischen dem Rundstab und der Durchführung des Heizleiters in die Rohrleitung erzielt. Über den Spalt kann eine niedrige Spannung bis zu 0,7 V anliegen. Trotz der geringen Spannung herrscht im Spalt und in der Nähe des Spaltes eine hohe elektrische Feldstärke. Diese hohe elektrische Feldstärke bewirkt einen Stromfluss zu und über die Rohrleitungswandung, wenn das Rohrleitungssystem mit elektrisch leitender Salzschmelze gefüllt ist.
Eine vollständige elektrische Isolation des Innenleiters im Inneren der Rohrleitung nahe seiner Einführung, zum Beispiel über den Blindflansch, unterbindet einen unerwünschten Stromfluss. Die elektrische Isolierung kann zum Beispiel im Bereich einer Stopfbuchse oder im Bereich einer Flachdichtung aufgebaut werden. Wenn eine Flachdichtung eingesetzt wird, sind zudem elektrisch isolierte Verschraubungen zu verwenden.
Da zur elektrischen Isolierung eingesetzte Materialien im Allgemeinen nicht gegen die Temperaturen beständig sind, die im Inneren der Rohrleitungen aufgrund der geschmolzenen Salzschmelze herrschen, ist es möglich, durch geeignete thermische Isoliermaterialien einen Temperaturgradienten zu erzeugen. So ist es zu Beispiel möglich im Bereich des Blindflansches in der Rohrleitung ein Fasermaterial zur thermischen Isolierung aufzunehmen. Als Fasermaterial kann zum Beispiel ein Quarzfasergewebe eingesetzt werden. Der Rundstab, an dem der Heizleiter befestigt ist, wird durch eine elektrisch isolierende und hochtemperaturbeständige Hülse, zum Beispiel aus Keramik oder Siliciumcarbid geführt. An die erste Hülse aus Keramik oder Siliciumcarbid schließt sich eine zweite elektrisch isolierende Hülse, die nicht mehr so hoch temperaturbeständig sein muss, an. Als Material für die zweite Hülse eignet sich zum Beispiel Polytetrafluorethylen (PTFE) oder ein anderer Hochtemperaturkunststoff. Die beiden elektrisch isolierenden Hülsen sind von einer weiteren Hülse umschlossen, die in einem Flansch endet. Der Flansch ist mit einer elektrischen Isolierung mit einem zweiten Flansch verschlossen. Zur Durchführung des Rundstabs durch den verschließenden Flansch wird eine Stopfbuchse eingesetzt, die mit einer Dichtung abgedichtet ist. Durch die eingesetzten Isoliermaterialien ist die Temperatur im Bereich der Stopfbuchse so gering, dass die Dichtung aus einem Standardmaterial gefertigt werden kann.
Wenn das erstarrte Salz in der Rohrleitung aufgeschmolzen werden soll, darf der Heizleiter im Bereich der Einführung nur eine geringe Wärmemenge erzeugen, um die Ausbildung eines Temperaturgradienten nicht zu gefährden. Dies kann zum Beispiel dadurch erzielt werden, dass der Heizleiter im Bereich seiner Einführung in die Rohrleitung einen niedrigeren elektrischen Widerstand aufweist als in der eigentlichen Heizzone. Der niedrigere elektrische Widerstand kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass der Rundstab, in den der Heizleiter mündet, mit einem größeren Durchmesser ausgeführt ist, als der Heizleiter in der Heizzone. Alternativ und zusätzlich kann der Heizleiter im Bereich der Einführung in die Rohrleitung ein besonders gut elektrisch leitfähiges Material enthalten, um eine Aufheizung des Heizleiters im Bereich der Einführung in die Rohrleitung zu vermeiden. Ein geeignetes elektrisch gut leitfähiges Material ist zum Beispiel Kupfer oder Aluminium. Hierbei kann der Heizleiter im Bereich der Einführung vollständig oder teilweise aus dem elektrisch gut leitfähigen Material gefertigt sein. So ist zum Beispiel möglich, den Heizleiter im Bereich der Einführung so zu konstruieren, dass dieser einen massiven Kupferkern enthält.
Alternativ zu einem Rundstab kann auch ein Stab mit beliebigem anderem Querschnitt eingesetzt werden. Bevorzugt ist jedoch ein Rundstab.
Der Innenleiter kann auch nicht isoliert in das Rohrleitungssystem eingebaut werden. In diesem Fall wird die Einführung ohne jede Isolationsmaßnahme gestaltet. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn zum Beispiel einzelne Rohrleitungsabschnitte einer Solarschleife nicht durch Flanschverbindungen miteinander verbunden werden, sondern mit einander verschweißt sind. Dann ist es nicht mehr möglich, den elektrischen Widerstand der gesamten Rohrleitung durch Isolation der einzelnen Rohrleitungsabschnitte zu kontrollieren. Wenn der Heizleiter nicht gegen die miteinander verschweißten Rohrleitungsabschnitte elektrisch isoliert wird, fließen bei Anlegen einer Spannung durch die einzelnen Rohrleitungsabschnitte und den Innenleiter Ströme, deren Verhältnis proportional zum Verhältnis der Leitfähigkeit der Rohrleitung zur Leitfähigkeit des Heizleiters ist. Entsprechend dem Verhältnis wird Wärme an der Rohrleitung beziehungsweise am Heizleiter erzeugt. Durch Wahl eines ausreichenden Querschnitts des Heizleiters und Wahl eines sehr gut elektrisch leitenden Materials für den Heizleiter, zum Beispiel Kupfer oder Aluminium, kann der Widerstand des Heizleiters so weit gesenkt und die Leitfähigkeit so weit erhöht werden, dass der Strom ausreichend stark in den Innenleiter hineingeführt wird und die Wärmeentwicklung auf den im Inneren der Rohrleitung geführten Heizleiter in einem Maße konzentriert wird, dass der Innenheizleiter schneller aufgeheizt wird als die Rohrleitung. Förderlich für eine schnellere Aufheizung des Innenleiters ist, dass die Rohrleitung eine im Allgemeinen deutlich höhere Masse und damit eine deutlich höhere Wärmekapazität aufweist als der Innenleiter.
Bei einer solchen Anordnung mit unisoliertem Heizleiter entstehen über die gesamte Rohrleitung im Idealfall keine Potentialdifferenzen zwischen Heizleiter und Rohrleitung. Die Rohrleitung ist gegenüber dem Apparategerüst, das die Rohrleitung trägt, elektrisch zu isolieren.
Damit der Heizleiter von der die Rohrleitung durchströmenden Salzschmelze nicht beschädigt wird, ist dieser vorzugsweise aus einem gegenüber dem eingesetzten Salz, insbesondere gegenüber Nitrat, korrosionsfesten Material gefertigt. Alternativ ist es möglich, wie vorstehend bereits beschrieben, den Heizleiter mit einer korrosionsfesten Hülle zu versehen. Wenn der Heizleiter aus einem korrosionsfesten Material gefertigt wird, so eignen sich temperaturabhängig insbesondere Edelstahl, beispielsweise bevorzugt die Stähle vom Typ St 1.4571 und St 1.4541, aber auch St 1.4301 oder Nickel-basierte Stähle wie St 2. 4856.
Wenn ein Edelstahl, beispielsweise St 1.4571 eingesetzt wird, bildet sich zunächst auf dem Heizleiter eine passivierende, ca. 15 µm dicke korrosionshemmende Metalloxid/-Nitridschicht aus, die dem Stromfluss einen merkbaren Widerstand entgegensetzt. Der Widerstand der Schutzschicht hilft bei der Potentialkontrolle des Heizleitersystems. Auch kleine elektrische Spannungen können an leitfähigen Salzen Elektrodenprozesse auslösen, die zur korrosiven Abtragungen führen. Die Elektrodenprozesse können ab einer bestimmten Grenzspannung einsetzen. Die korrosionshemmende Schutzschicht verursacht einen Schutz durch Überspannung und erhöht so die Zersetzungsspannung des Systems.
Der Einsatz des Heizleiters im Inneren der Rohrleitung erlaubt die Beherrschung hoher Schmelzpunkte des in der Rohrleitung eingesetzten Wärmeträgers. Dies eröffnet die Möglichkeit, auch Salzmischungen als Wärmeträger einzusetzen, die einen höheren Schmelzpunkt aufweisen als bislang diskutierte Salzmischungen. So können beispielsweise Nitratmischungen eingesetzt werden, die als Hauptkomponente Natriumnitrat enthalten. Dies hat den Vorteil, dass Kaliumvorkommen, die zur Produktion von Kalidünger eingesetzt werden können, weitgehend geschont werden. Derzeit enthält sogenanntes "Solarsalz 60" 60 Gew.-% Natriumnitrat und 40 Gew.-% Kaliumnitrat. Der Anteil an Natriumnitrat im Salz lässt sich auf 80 Gew.-% oder sogar auf über 90 Gew.-% und mehr steigern. Der Schmelzpunkt des Salzes steigt dementsprechend von 235°C bei einer Mischung von 40 Gew.-% Kaliumnitrat und 60 Gew.-% Natriumnitrat auf 273°C bei einer Mischung von 80 Gew.-% Natriumnitrat und 20 Gew.-% Kaliumnitrat und auf 293°C bei einer Mischung von 90 Gew.-% Natriumnitrat und 10 Gew.-% Kaliumnitrat. Bei Verwendung von reinem Natriumnitrat liegt der Schmelzpunkt bei 306°C.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

Figur 1: mehrere Rohrleitungen mit mittiger Stromeinspeisung,
Figur 2: mehrere Rohrleitungen, die in Abschnitte geteilt sind und wobei jeder Abschnitt mit einer Stromeinspeisung verbunden ist,
Figur 3: eine Rohrleitungsschleife in einem Solarkraftwerk, die in zwei Abschnitte aufgeteilt ist und bei der in jeden Abschnitt an zwei Positionen Strom eingespeist wird,
Figur 4: eine mittige Stromeinspeisung in eine Rohrleitung mit Innenheizleiter,
Figur 5: eine Anordnung zur Einspeisung hoher Stromstärken in ein Rohrstück in Schnittdarstellung,
Figur 6: eine Anordnung gemäß Figur 5 in dreidimensionaler Anordnung,
Figur 7: eine Verbindung zweier Rohrleitungselemente, die als Widerstandsheizelemente eingesetzt werden.

Figur 1 zeigt Beispielhaft mehrere parallel zueinander verlaufende Rohrleitungen mit einer mittigen Stromeinspeisung.
Zur Beheizung ist eine Rohrleitung 1 mit einem elektrischen Widerstandsheizelement ausgerüstet. Das elektrische Widerstandsheizelement kann zum Beispiel eine elektrisch leitfähige Wandung der Rohrleitung sein, an die eine Spannung angelegt wird. Alternativ kann jedoch ein Heizleiter als elektrisches Widerstandsheizelement eingesetzt werden. Ein solcher Heizleiter kann innenliegend in der Rohrleitung 1 verlaufen oder innerhalb oder außerhalb an der Wandung der Rohrleitung 1 anliegen.
Jede Rohrleitung 1 weist ein erstes Ende 3 und ein zweites Ende 5 auf. Durch das erste Ende 3 kann beispielsweise ein Fluid, zum Beispiel eine Salzschmelze in einem Solarkraftwerk oder auch Öl oder eine andere Flüssigkeit in die Rohrleitung 1 einströmen. Am zweiten Ende 5 verlässt das Fluid die Rohrleitung wieder. Hierzu ist es zum Beispiel möglich, jeweils das erste Ende 3 mehrerer Rohrleitungen 1 mit einem hier nicht dargestellten Verteiler und jeweils das zweite Ende 5 mehrerer Rohrleitungen 1 mit einem hier nicht dargestellten Sammler zu verbinden. Bevorzugt werden jeweils die ersten Enden 3 aller Rohrleitungen 1 mit dem Verteiler und die zweiten Enden 5 aller Rohrleitungen 1 mit dem Sammler verbunden. Der Sammler und der Verteiler können ebenfalls in Form von Rohrleitungen ausgebildet sein, wobei die Rohrleitungen 1 jeweils aus dem Sammler beziehungsweise dem Verteiler abzweigen.
In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform umfasst jede Rohrleitung ein elektrisches Widerstandsheizelement, das sich vom ersten Ende 3 bis zum zweiten Ende 5 erstreckt. Am ersten Ende 3 und am zweiten Ende 5 stellt sich ein Potential im elektrischen Widerstandsheizelement nahe dem Erdpotential ein. Hierzu sind die elektrischen Widerstandsheizelemente alle elektrisch miteinander verbunden. Zusätzlich ist es möglich, aber nicht notwendig, an der Position, an der sich ein Potential im elektrischen Widerstandsheizelement nahe dem Erdpotential einstellt, die elektrischen Widerstandsheizelemente zu erden, zum Beispiel indem ein elektrischer Leiter in den Erdboden geführt wird.
Zwischen den Positionen, an denen sich ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt, sind die elektrischen Widerstandsheizelemente jeweils mit einer Phase 7 einer Wechselstromquelle 9 verbunden. Die Anzahl der Phasen 7 der Wechselstromquelle 9 entspricht in der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform der Anzahl der Rohrleitungen 1. Wenn die Anzahl der Phasen 7 kleiner ist als die Anzahl der Rohrleitungen 1, werden jeweils so viele Rohrleitungen 1 zu einer Gruppe zusammengefasst, wie die Wechselstromquelle 9 Phasen 7 aufweist. So kann dann jede Rohrleitung 1 einer Gruppe mit einer Phase 7 der Wechselstromquelle 9 verbunden werden. Für jede weitere Gruppe an Rohrleitungen 1 wird dann eine weitere Wechselstromquelle 9 eingesetzt.
In Figur 2 sind mehrere Rohrleitungen dargestellt, die jeweils in mehrere Abschnitte geteilt sind und bei denen jeder Abschnitt mit einer Stromeinspeisung verbunden ist.
Bei einer großen Länge der Rohrleitungen 1 kann es notwendig sein, mehrere Wechselstromquellen 9 zur Beheizung einzusetzen, da die Länge des elektrischen Widerstandsheizelements aufgrund der Länge der Rohrleitung sonst zu groß ist. In diesem Fall werden die Rohrleitungen 1 und damit auch die elektrischen Widerstandsheizelemente in einzelne Abschnitte geteilt. Am Ende jedes Abschnitts werden die elektrischen Widerstandsheizelemente elektrisch leitend miteinander verbunden, so dass sich ein Potential nahe dem Erdpotential einstellen kann. Zwischen zwei Positionen, an denen sich ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt, wird das elektrische Widerstandsheizelement mit einer Phase 7 einer Wechselstromquelle 9 verbunden. Durch diese Gestaltung ist jeder Abschnitt so aufgebaut, wie die in Figur 1 dargestellte Verschaltung. Die Positionen, an denen die elektrischen Widerstandsheizelemente miteinander elektrisch leitend verbunden sind, damit sich ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt, beschreiben dabei jeweils das Ende eines Abschnitts und gleichzeitig den Anfang eines nachfolgenden Abschnitts. Es ist nicht erforderlich, unmittelbar benachbart die elektrischen Widerstandsheizelemente zweimal elektrisch leitend miteinander zu verbinden, um einmal das Ende eines Abschnitts und direkt daneben den Beginn eines neuen Abschnitts zu definieren. Für die abschnittsweise Stromeinspeisung wechseln sich jeweils eine Position, an der sich ein Potential nahe dem Erdpotential und eine Position an der Strom eingespeist wird, miteinander ab.
Sowohl in Figur 1 als auch in Figur 2 ist es möglich, die Stromeinspeisung mittig zwischen zwei Positionen, an denen sich ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt, vorzusehen. Alternativ kann die Stromeinspeisung jedoch auch außerhalb der Mitte zwischen zwei Positionen, an denen sich ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt, erfolgen. Die Position, an der der Strom eingespeist wird, ist dabei zum Beispiel abhängig vom Widerstand des elektrischen Widerstandsheizelements und auch von der gewünschten Heizleistung. Wenn nicht homogen geheizt werden soll, wird der Strom zum Beispiel außermittig eingespeist. Durch die unterschiedlichen Längen des elektrischen Widerstandsheizelements zwischen der Stromeinspeisung und der Position, an der sich ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt, ergeben sich verschiedene Widerstände und damit auch unterschiedliche Heizleistungen.
Alternativ zu der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsform mit mehreren parallel verlaufenden geraden Rohrleitungen können die Rohrleitungen auch jede beliebige andere Form annehmen. So ist es zum Beispiel in Solarkraftwerken üblich, dass die Rohrleitungen u-förmig verlaufen. In diesem Fall ist es zum Beispiel möglich, jeweils mittig in jedem Schenkel das durch die Rohrleitung 1 verlaufende elektrische Widerstandsheizelement mit einer Stromquelle zu verbinden und die elektrischen Widerstandsheizelemente sowohl an den oberen Enden der Schenkel als auch im Bereich der Basis der u-förmigen Rohrleitung elektrisch miteinander zu verbinden, so dass sich sowohl an den miteinander verbundenen Enden als auch in der die Basis des "U" bildenden Mitte der Rohrleitung ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt. Alternativ wäre es allerdings auch möglich, die Enden der Schenkel elektrisch leitend miteinander zu verbinden und die Stromeinspeisung in der Basis des "U", das von der Rohrleitung 1 gebildet wird, vorzusehen.
Neben der hier dargestellten Wechselstromquelle 9 kann auch eine Gleichstromquelle eingesetzt werden. In diesem Fall können allerdings nur zwei elektrische Widerstandsheizelemente mit den jeweiligen Polen der Gleichstromquelle verbunden werden. Ein elektrisches Widerstandsheizelement wird mit dem Pluspol der Gleichstromquelle und ein elektrisches Widerstandsheizelement mit dem Minuspol der Gleichstromquelle verbunden.
In Figur 3 ist eine Rohrleitungsschleife in einem Solarkraftwerk dargestellt, die in zwei Abschnitte aufgeteilt ist und bei der in jeden Abschnitt an zwei Positionen Strom eingespeist wird.
In einem Solarkraftwerk ist jede Rohrleitung 1 in Form einer u-förmigen Rohrleitungsschleife 11 ausgebildet. Das erste Ende 3 der Rohrleitungsschleife 11 ist mit einem Sammler 13 und das zweite Ende 5 der Rohrleitungsschleife mit einem Verteiler 15 verbunden. In der hier dargestellten Ausführungsform wird jeweils in die Schenkel 17 der Rohrleitungsschleife 11 Strom eingespeist und sowohl an den Enden der Schenkel 17, an denen diese mit dem Sammler 13 beziehungsweise Verteiler 15 verbunden sind als auch am entgegengesetzten Ende der Schenkel 17, an denen diese die Basis des "U" bilden, sind die elektrischen Widerstandsheizelemente niederohmig elektrisch miteinander verbunden, damit sich ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt.
In der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform bildet jeder Schenkel 17 der u-förmigen Rohrleitung einen Abschnitt 19, der wiederum in drei Teilabschnitte aufgeteilt ist, einen ersten Teilabschnitt 21 mit einem ersten Widerstand R1, einen zweiten Teilabschnitt 23 mit einem zweiten Widerstand R2 und einen dritten Teilabschnitt 25 mit einem dritten Widerstand R3.
Jeweils zwischen dem ersten Teilabschnitt 21 und dem zweiten Teilabschnitt 23 sowie zwischen dem zweiten Teilabschnitt 23 und dem dritten Teilabschnitt 25 ist eine Stromeinspeisung 27 vorgesehen. Hierzu wird eine Wechselstromquelle 9 eingesetzt, die mit einem Transformator 29 verbunden ist. An den Transformator 29 schließen sich ein erstes Schaltgerät 31, z.B. ein Thyristorschaltgerät, und ein zweites Schaltgerät 33 an, die wiederum untereinander mit einem Umschalter 35 verbunden sind, so dass entweder über das erste Schaltgerät 31 Strom in die elektrischen Widerstandsheizelemente zwischen den ersten Teilabschnitten 21 und den zweiten Teilabschnitten 23 eingespeist wird oder über das zweite Schaltgerät 33 Strom zwischen den zweiten Teilabschnitten 23 und den dritten Teilabschnitten 25 eingespeist wird.
Die jeweiligen elektrischen Widerstände R1 in den ersten Teilabschnitten 21, die jeweiligen elektrischen Widerstände R2 in den zweiten Teilabschnitten 23 und die jeweiligen elektrischen Widerstände R3 in den dritten Teilabschnitten 25 sind vorzugsweise gleich groß, damit sich die Phasen an den niederohmig elektrisch leitend verbundenen Enden aufheben und sich ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt. Dabei können die Widerstände R1, R 2 und R3 unterschiedlich groß sein.
Neben der hier dargestellten Thyristorschaltung ist auch eine Umrichterschaltung möglich. Durch den sekundärseitig ungeerdeten Transformator 29 wird einerseits eine schwebende Potentialdifferenz erzeugt, andererseits ist durch ihn eine Anpassung an die Widerstände der elektrischen Widerstandsheizelemente möglich.
Die Funktion der in Figur 3 dargestellten Schaltung wird nachfolgend beispielhaft beschrieben.
Die in Figur 3 dargestellte Solarschleife besitzt sechs Widerstandsabschnitte in paarweiser Anordnung mit den Widerständen R1, R2 und R3. R1 habe beispielsweise eine von den Bereichen R2 und R3 deutlich schlechtere Isolierung.
Wenn in Phase 1 R1+R2=R3 gilt und wenn eine Spannung zwischen R2 und R3 angelegt wird, wird die Solarschleife homogen überall mit der gleiche Wärmemenge beheizt.
Wenn in Phase 2 eine Spannung zwischen R1 und R2 angelegt wird, ist die Beheizung heterogen und ist auf den Bereich von R1 konzentriert. Mit dieser Maßnahme kann die vorausgesetzt schlechte Isolierung von R1 schaltungstechnisch ausgeglichen und eine homogene Temperaturverteilung über die Solarschleife erreicht werden.
Dazu kann beispielsweise der Umschalter in Figur 3 in eine Temperaturregelung eingebunden werden, die die Solltemperatur durch Variation der Einschaltzeiten von Phase 1 und Phase 2 einstellt.
Entsprechend ließe sich auch bei gleichen Widerständen R1, R2, R3 der Teilabschnitte 21, 23, 25 in Abhängigkeit von der Stromeinspeisung eine unterschiedliche Heizleistung in den Teilabschnitten 21, 23, 25 realisieren, zum Beispiel, wenn sich die Flüssigkeit in der Rohrleitung inhomogen erwärmt.
Eine beispielhafte Ausführung einer mittigen Stromeinspeisung in einen innen liegenden Heizleiter einer Rohrleitung ist in Figur 4 dargestellt.
Die Stromeinspeisung in einen innenliegenden Heizleiter 37 erfolgt über zwei Einführungen 39, die zum Beispiel in Form einer Stopfbuchspackung 41 gestaltet sind. Um auftretenden Strömungskräften in der Rohrleitung widerstehen zu können, ist es notwendig, die Einführungen zum Beispiel mit zusätzlichen Zugentlastungseinrichtungen, beispielsweise in Form von Haken und Ösen im Bereich der Einspeisungsstelle zu versehen.
In den Figuren 5 und 6 ist eine Anordnung, mit der hohe Stromstärken gleichmäßig über den Umfang verteilt in ein Rohrstück eingespeist werden können, dargestellt. In dieser Ausführungsform bildet die Wandung der Rohrleitung das elektrische Widerstandsheizelement.
Die Anordnung zur Einspeisung hoher Stromstärken umfasst einen Metallstreifen 43, der auf einem Rohrstück 45 angeschweißt wird. Vorzugsweise sind der Metallstreifen 43 und das Rohrstück 45 aus dem gleichen Metall gefertigt. Der Metallstreifen 43 weist eine Länge auf, die so bemessen ist, dass nach dem Verschweißen eine Fahne 47 seitwärts vom Rohr wegsteht. Am freien Ende 49 der Fahne 47 kann dann zum Beispiel mittels einer hier nicht dargestellten Klemmvorrichtung oder Verschraubung ein elektrischer Anschluss hergestellt werden. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die elektrische Verbindung nur noch gering thermisch beansprucht wird. Eine geringe thermische Beanspruchung wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Länge der Fahne 47 und damit der Abstand zur Rohrleitung 1 groß genug gewählt werden.
Um einen guten thermischen und elektrischen Kontakt zu erzeugen, wird der Metallstreifen 43 möglichst eng auf das Rohrstück 45 gezogen und mit dem Rohrstück 45 verschweißt. Eine weitere Verbesserung des Kontakts lässt sich zum Beispiel durch Einbringen Kontaktverbessernder Materialien, beispielsweise Lötmaterialien, zwischen Rohrstück 45 und Metallstreifen 43, erzielen.
Wenn der Metallstreifen 43 aus dem gleichen Material wie die Rohrleitung gefertigt wird, beispielsweise aus Edelstahl, besitzt dieser eine vergleichsweise schlechte elektrische Leitfähigkeit. Zur Verbesserung der Leitfähigkeit ist es zum Beispiel möglich, auf den Metallstreifen 43 eine Schicht 51 aus einem elektrisch gut leitenden Material, beispielsweise Kupfer, aufzutragen. Das Verfahren zum Aufbringen der Schicht 51 muss geeignet sein, eine dicke elektrisch leitende Schicht aufzutragen. Die Schicht 51 kann dabei zum Beispiel durch Plattieren, insbesondere Sprengplattieren, auf den Metallstreifen 43 aufgebracht werden. Die Dicke des Metallstreifens 43 und der Schicht 51 aus elektrisch gut leitendem Material hängen insbesondere von der benötigten elektrischen Stromstärke ab. So eignet sich zum Beispiel zur Einspeisung eines elektrischen Stroms von 1000 A ein ca. 20 mm breiter und 3 mm dicker Metallstreifen 43, der mit einer 3 mm dicken Schicht 51 aus Kupfer beschichtet ist.
Durch das Aufziehen des Metallstreifens 43 werden Kräfte in das Rohrstück 45 eingetragen. Um eine unzulässige Verformung auszuschließen ist es daher erforderlich, das Rohrstück 45 ausreichend stabil, das heißt mit einer ausreichend großen Wanddicke zu fertigen. Bei dünnwandigen Rohrstücken kann die Stabilität zum Beispiel durch Umlegen eines Stahlbandes zur Ausbildung eines verstärkten Bereichs 53 erzielt werden.
Wenn die hier dargestellte Anordnung zur Stromeinspeisung an einer Jouleschen Heizung betrieben wird, kann beobachtet werden, dass diese eine niedrigere Temperatur aufweist als die beheizte Rohrleitung. Durch eine Verjüngung 55 des Metallstreifens in der Nähe der Rohrleitung 1 kann gezielt eine heiße Stelle erzeugt werden, die den Bereich der Stromeinspeisung durch Wärmeleitung beheizen kann.
In Figur 7 ist eine Verbindung zweier Rohrleitungselemente, die als Widerstandsheizelemente eingesetzt werden, dargestellt.
Zur Kompensation von thermisch bedingten Rohrleitungsbewegungen ist es notwendig, in lange Rohrleitungen 1 Kompensatoren 57 einzubauen, mit denen Rohrleitungsabschnitte 59, die durch die Kompensatoren 57 verbunden werden, bezüglich mechanischer Kräfte entkoppelt werden. Wenn die Rohrleitungsabschnitte 59 durch eine Joulesche Heizung beheizt werden, müssen die hierzu notwendigen großen Ströme über die Kompensatoren 57 geführt werden. Damit keine heißen oder kalten Stellen am Kompensator 57 bilden, muss der spezifische elektrische Widerstand des Kompensators 57 genauso groß sein wie der der restlichen Rohrleitung 1. Darüber hinaus muss auch die spezifische Wärmekapazität des Kompensators dem der restlichen Rohrleitung entsprechen. Ist dies nicht der Fall, besteht das Risiko, dass sich temporär während der Aufheizphase kalte oder heiße Stellen bilden können.
Eine gute Annäherung an diese Bedingungen wird erreicht, wenn ein Kompensator 57 in Form eines Wellrohres eingesetzt wird und bei diesem die Wanddicke der Kompensatorbälge 61 der der Rohrleitung entspricht. Dabei muss weiterhin berücksichtigt werden, dass durch die Wellung der Kompensatorbälge 61 der elektrische Widerstand des Kompensators 57 tendenziell steigt. Nicht auf Wellrohre basierende Kompensatoren können gegebenenfalls überhaupt nicht in das Joulesche Heizsystem eingebunden werden. Auch können mechanische Anforderungen an den Kompensator 57 die Einstellung eines geeigneten elektrischen Widerstandes stark erschweren.
Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, ist es möglich, innerhalb oder außerhalb des Kompensators 57 einen flexiblen Anpassungsleiter 63 vorzusehen. Mit dem Anpassungsleiter 63 kann der elektrische Widerstand des Kompensators 57 ohne wesentliche Veränderung seiner mechanischen Eigenschaften auf den Wert der restlichen Rohrleitung eingestellt werden. Mögliche Anpassungsparameter sind zum Beispiel Dicke, Länge und material des Anpassungsleiters 63. Durch die Verwendung des Anpassungsleiters 63 können alle Kompensatoren, auch solche, die nicht auf Wellrohren basieren, in einen Jouleschen Heizkreis einbezogen werden. neben nur einem Anpassungsleiter 63 ist es auch möglich, mehrere Anpassungsleiter 63 einzusetzen.
Die elektrischen Ströme aus den Anpassungsleitern werden an einer Stelle in die Rohrleitung eingeführt. Um die Ströme von dort aus gleichmäßig auf den Rohrleitungsumfang zu verteilen, können Metallstreifen 65 mit kleinem elektrischen Widerstand eingesetzt werden, die um die Rohrleitung 1 herum gezogen und geschweißt werden. Hierzu können zum Beispiel kupferplatinierte Edelstahlstreifen verwendet werden.
Bevorzugt ist es, wenn, wie in Figur 7 dargestellt, als Leiter Innenheizleiter eingesetzt werden, die im Innenraum des Kompensators verlegt sind. Insbesondere sind solche Innenheizleiter bevorzugt, die Wärme entwickeln und einen innen verlaufenden Schmelzekanal konzentrieren können. Solche Innenheizleiter weisen beispielsweise eine Nut auf oder sind in Form eines Rohres mit über den Umfang verteilten Öffnungen ausgebildet. Auch können Heizleiter eingesetzt werden, die mehrere Leitungen umfassen, die zu einem Seil verdrillt sind. Durch den Einsatz eines Heizleiters, der innen verlaufende Schmelzekanäle ausbilden kann, kann Schmelze über den Kompensator hinweg durch die Schmelzekanäle abgeführt werden. Hierdurch kann einer Schädigung des Kompensators durch Volumenzunahme beim Schmelzen entgegengewirkt werden.

Bezugszeichenliste

1: Rohrleitung
3: erstes Ende
5: zweites Ende
7: Phase
9: Wechselstromquelle
11: Rohrleitungsschleife
13: Sammler
15: Verteiler
17: Schenkel
19: Abschnitt
21: erster Teilabschnitt
23: zweiter Teilabschnitt
25: dritter Teilabschnitt
27: Stromeinspeisung
29: Transformator
31: erstes Schaltgerät
33: zweites Schaltgerät
35: Umschalter
37: innenliegender Heizleiter
39: Einführung
41: Stopfbuchspackung
43: Metallstreifen
45: Rohrstück
47: Fahne
49: freies Ende
51: Schicht aus elektrisch gut leitendem Material
53: verstärkter Bereich
55: Verjüngung
57: Kompensator
59: Rohrleitungsabschnitt
61: Kompensatorbalg
63: Anpassungsleiter
65: Metallstreifen

R1: erster Widerstand
R2: zweiter Widerstand
R3: dritter Widerstand

Claims

Vorrichtung zur Beheizung eines Rohrleitungssystems, umfassend mindestens zwei Rohrleitungen (1), entlang denen sich jeweils ein elektrisches Widerstandsheizelement (37) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass sich an jedem elektrischen Widerstandsheizelement (37) an mindestens einem Ende (3, 5) ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt und jeweils ein elektrisches Widerstandheizelement (37) an einer von diesem Ende (3, 5) entfernt liegenden Position mit jeweils einem Pol einer Gleichstromquelle oder mit jeweils einer Phase (7) einer n-phasigen Wechselstromquelle (9) verbunden ist, wobei bei Einsatz einer n-phasigen Wechselstromquelle (9) n eine ganze Zahl gleich oder größer als 2 ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich am elektrischen Widerstandsheizelement (37) an beiden Enden ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt und das elektrische Widerstandsheizelement (37) zwischen den Enden mit dem Pol der Gleichstromquelle oder der Phase der Wechselstromquelle (9) verbunden ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstromquelle oder die Phase einer Wechselstromquelle schwebend erzeugt werden, wobei an der Spannungsquelle nur eine Spannungsdifferenz aber kein absolutes Potential angelegt wird.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes elektrische Widerstandsheizeiement (37) in mindestens zwei Abschnitte (19) geteilt ist, wobei sich an den Enden jedes Abschnitts (19) ein Potential nahe dem Erdpotential einstellt und zwischen den Enden ein Pol einer Gleichstromquelle oder eine Phase einer Wechselstromquelle (9) angeschlossen ist, wobei jeweils die Enden sämtlicher Abschnitte (19), die aus einer Gleichstromquelle oder einer n-phasigen Wechselstromquelle (9) gespeist werden, elektrisch miteinander verbunden sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Abschnitt (19) aus mindestens zwei Stromquellen (9) gespeist wird, wobei jede Stromquelle eine Gleichstromquelle oder eine Wechselstromquelle (9) sein kann und die Stromquellen jeweils an verschiedenen Positionen am elektrischen Widerstandsheizelement (37) angeschlossen sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Stromquelle (9), aus der der Abschnitt (19) gespeist wird, eine Gleichstromquelle und mindestens eine Stromquelle eine Wechselstromquelle ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass alle Stromquellen (9) Wechselstromquellen sind oder alle Stromquellen Gleichstromquellen sind, wobei die Stromquellen alternierend derart betrieben werden, dass jeweils nur eine Stromquelle Strom in den Abschnitt einspeist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass alle Stromquellen (9) Wechselstromquellen sind, die mit unterschiedlichen Frequenzen oder gegeneinander verschobenen Phasen betrieben werden, wobei die Stromquellen gleichzeitig oder alternierend Strom einspeisen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einsatz von Gleichstromquellen bei einer Anzahl an Rohrleitungen (1) größer als zwei jeweils zwei Rohrleitungen zu einer Gruppe zusammengefasst werden, deren elektrische Widerstandsheizelemente (37) mit den Polen einer Gleichstromquelle verbunden werden oder bei Einsatz von n-phasigen Wechselstromquellen (9) bei einer Anzahl an Rohrleitungen (1) größer als n jeweils n Rohrleitungen (1) zu einer Gruppe zusammengefasst werden, deren elektrische Widerstandsheizelemente (37) mit den Phasen einer Wechselstromquelle (9) verbunden werden.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Widerstandsheizelement (37) ein in der Rohrleitung (1) geführter Heizleiter ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung der Rohrleitung (1) zumindest teilweise elektrisch leitend ist und das elektrische Widerstandsheizelement von der Wandung der Rohrleitung (1) gebildet wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stromeinleitung ein mit einer Schicht (51) aus einem elektrisch gut leitenden Material beschichteter Metallstreifen (43) radial an der Wandung der Rohrleitung (1) elektrisch leitend befestigt wird und der Metallstreifen (43) eine von der Rohrleitung wegstehende Fahne (47) aufweist, an der eine Stromquelle angeschlossen werden kann.
Vorrichtung gemäß Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rohrleitung (1) Kompensatoren (57) aufgenommen sind, wobei die die Rohrleitungsabschnitte (59), die durch einen Kompensator (57) verbunden sind, durch mindestens einen durch den Kompensator führenden Anpassungsleiter (61) elektrisch miteinander kontaktiert sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen (1) von einem Wärmeträger durchströmt sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen (1) Heizschleifen in einem Solarkraftwerk sind.