用于加熱管線的設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明基于一種用于加熱管線的設備，該設備包括沿管道延伸的電阻加熱元件。該電阻加熱元件可由管線自身形成，但也可包含例如采用內部加熱導體形式的附加加熱元件，所述附加加熱元件在它們的端部處與電壓源電連接。
【背景技術】
[0002]例如，在直線集熱式太陽能發電裝置、特別是拋物面槽式太陽能發電裝置或菲涅爾發電裝置中一一在這些發電裝置中，熔鹽流經管線一一需要用于加熱管線的設備。在此類太陽能發電裝置中，管線被連接成形成用于捕集太陽能發電裝置中的太陽能的網絡。在此類網絡中，來自太陽的輻射能借助于反射鏡集中到特制的隔熱管線上。管線由串聯連接的集熱器形成。集熱器包括將來自太陽的輻射能集中到一個管線區段上的反射鏡系統，即所謂的接收器。
[0003]用于被有利地加熱的管線的應用的另一個示例是供長距離輸送熔化物的管線，例如用于液硫的管線。
[0004]在太陽能發電裝置中，通過接收器捕集的輻射能傳遞到傳熱流體。目前，特別地，使用聯苯/ 二苯醚混合物作為傳熱流體，但這種混合物由于其約400°C的分解溫度而在最高工作溫度方面受到限制。為了實現能使效率更高的更高工作溫度，需要其它傳熱流體。為此目的，尤其是熔鹽，特別是熔融的硝酸鹽/亞硝酸鹽，例如所謂的太陽鹽60—一一種比例為60:40的硝酸鈉與硝酸鉀的混合物--被使用。
[0005]然而，熔鹽的一個缺點是它們的高熔點。硝酸鈉/硝酸鉀混合物例如在共熔點(即，在混合比為56:44的情況下在218°C的溫度下)熔化。在如太陽能發電裝置中出現的長管線網絡中，難以使用具有高熔點的熔鹽安全地工作。熔鹽的凍結會導致管線系統中的相當大的經濟損失。該損失的一個誘因例如是熔鹽隨著它們熔化會發生相當大的體積膨脹。存在配件和管線承受壓力并被嚴重損壞的風險。
[0006]為了防止熔鹽的凍結，目前通常在長時間中斷太陽能發電裝置的運轉的情況下清空管線系統。或者，也可臨時加熱管線系統。為此目的，例如，可使用電能或可利用來自有效熱存儲裝置的熱。如果利用來自有效熱存儲裝置的熱，則熱的傳熱流體通常被栗送通過管線系統。這些方法的缺點是，為此目的需要施加大量電能形式或熱能形式的能量。
[0007]當為管線提供電加熱時，目前這通常通過另外設置耐高溫的礦物絕緣電加熱導體來實現。然而，在如拋物面槽式太陽能發電裝置中使用的太陽能接收器的情況下，無法使用該技術，這是因為單獨的接收器由于真空玻璃護套而具有非常良好的相對于周圍環境且進而還相對于另外設置的礦物隔熱式高溫加熱導體的隔熱。目前，接收器因此借助于在低電壓下施加至管線系統自身的高電流強度而被電加熱。該方法也稱為焦耳加熱或阻抗加熱。然而，該方法的缺點是，在管線連接器處會發生不同級別的轉移電阻或熱損失。在具有高電阻的部位產生較大的加熱。因此，存在不均勻加熱和存在其中被用作載熱體的鹽的熔點過低的局部點的風險。通過另外設置未與包封的管線隔離并在整個加熱路徑上具有恒定電阻的內部加熱導體，可以避免這些困難，該內部加熱導體在兩端處與管線電連接。
[0008]如果在焦耳加熱路徑或未絕緣的內部加熱導體上施加電壓，則單獨的電導體需要平行于管線布置以使電路閉合。可設想在地下傳導電流，但這通常無法耐受加熱所需的高電流強度。土壤中的電阻如預期的那樣高，以致待加熱的管線處的加熱功率減弱，直至完全損失工作性能。這一點特別是在長度超過10m的長管線的情況下得到證實。
[0009]管線區段通常是較大管線網絡的一部分。該連接的網絡自然地處于與地面接近的電位一一稱為地電位，這是因為工藝過程裝置的管線網絡通常具有與周圍環境的電位的低電阻連接。為使管線網絡與被加熱的管線區段之間不發生有效的寄生電流流動，管線區段的兩個端部需要處于管線網絡的電位，也就是地電位。熔鹽通常具有良好的導電性。因此，無法防止作為管線部段的相互電絕緣的結果的寄生電流流動。熔融的傳熱鹽將電流從絕緣層傳導出來。
[0010]通常以這樣的方式形成直線集熱式太陽能發電裝置中的管線區段:它們采用彼此并排的環的形式布置。這種情況下，電加熱元件的配線能以這樣的方式布置:在與該裝置的管線網絡連接處的環形管線區段處于地電位并在環路中的反轉點/反向點與電流源的端子連接。電壓源的第二端子經由低電阻回流線路徑與加熱元件的接地端連接。由于該回流線路徑的使用，防止了電流以不受控的方式流離到周圍環境中并且確保了加熱導體的全部功能。
[0011]然而，在長管線環路的情況下，此類回流線路徑是不利的。為了實現回流線路徑足夠高的電導率，需要具有大截面的線，例如厚銅電纜或銅軌道。
【發明內容】
[0012]本發明的目的是通過在完全維持加熱功能的同時省去回流線路徑的可能性來降低構建加熱系統時的資源消耗，特別是銅的消耗。
[0013]此目的通過一種用于加熱管線系統的設備來實現，其包括至少兩個管線，一個電阻加熱元件分別沿所述至少兩個管線延伸，每個電阻加熱元件都在至少一個端部處被設定與地電位接近的電位并在遠離該端部的位置處與直流電源的端子或分別與η相交流電源的一相連接，其中在使用η相交流電源時，η是等于或大于2的整數。
[0014]如果通過電流源產生的電位差是浮動的，則在環路起始端與裝置的接觸處引起其幾乎與地電位對應的電位。電流源的浮動電位差可例如借助于在次級側未接地的變壓器而容易地形成。
[0015]在本發明的上下文中，與地電位接近的電位是指在電導體接地時設定的電位或替換地在電流強度和電壓的大小相同的兩個相反相在電導體中彼此相接并因而互相抵消時或者在電導體中具有大小相同的電壓和電流強度的直流電壓的正、負分量在電導體中互相相接并因而在中性點處互相抵消時設定的電位。因此，該電路對應于雙星形電路。這可例如借助于以下來實現:電阻加熱元件與交流電源的一相連接，且第二電阻加熱元件與交流電源的第二相連接，該第二相與第一相相反，并且兩個電阻加熱元件在它們的端部處彼此電連接。或者，電阻加熱元件還可相應地與直流電壓源的正極端子連接，且第二電阻加熱元件可與直流電壓源的負極端子連接。電路在電阻加熱元件在遠離電連接部的一端處電連接的部位處閉合，并且饋送給電阻加熱元件的電位在電阻加熱元件的端部電連接的部位處互相抵消。這樣，在電阻加熱元件未接地的情況下在電阻加熱元件的一個端部處設定了與地電位接近的電位。
[0016]電阻加熱元件與交流電源的一相或直流電源的一個端子的連接可以發生在電阻加熱元件的一個端部處或電阻加熱元件的兩個端部之間的任意期望位置處。優選地，電阻加熱元件在兩個端部處被設定與地電位接近的電位，并且電阻加熱元件在所述端部之間與直流電源的端子或交流電源的一相連接。電阻加熱元件與直流電源的該端子或交流電源的該相連接的位置取決于電阻加熱元件的電阻和期望的加熱任務。電阻加熱元件的電阻可例如通過使用具有不同電導率的材料或使用不同線截面來實現。如果由于制造公差而在電阻加熱元件的長度上產生不同電阻，但總體上預期輸出相同的加熱功率，則這也可能導致連接位置不在電阻加熱元件的中心。或者，例如，當例如由于待加熱的管線的一個區域絕緣較差而在該區域中需要比管線的另一部分中所需的加熱功率要高的加熱功率時，選擇非居中的連接位置。這種情況下，通過縮短直流電源的該端子或交流電源的該相的連接部與電位設定成與地電位接近的一端部之間的距離來實現在線截面相同的情況下加熱功率的提高。
[0017]在一優選實施例中，每個電阻加熱元件都被分割成至少兩個區段，在每個區段的端部設定與地電位接近的電位，并且直流電源的一個端子或交流電源的一相連接在端部之間，由直流電源或η相交流電源饋電的所有區段的端部分別以低電阻、即以明顯低于管線電阻的電阻彼此電連接。由于從直流電源或η相交流電源饋電的所有區段的端部的電連接，相應電阻加熱元件中的各個電流彼此抵消。特別地，當使用具有非偶數相的交流電源一一在這種交流電源中不可能將相移180°的兩相饋送到在一個端部處彼此連接的兩個電阻加熱元件中--時，從交流電源饋電的電阻加熱元件的端部之間的電連接意味著交流電源的各相由于該電連接而彼此抵消并且由此在電阻加熱元件的端部處設定與地電位接近的電位。
[0018]在本發明的一個實施例中，每個區段都從至少兩個電源饋電，每個電流源都可以是直流電源或交流電源，并且每個電流源都連接在電阻加熱元件上的不同位置。使用多個電流源的一個優點在于，可以在電流源之間實現電阻加熱元件的不同路徑長度并進而實現各個路徑區段的單獨的加熱功率。
[0019]在本發明的一個實施例中，直流電源或交流電源的一相是浮動的，即在電壓源上僅存在電壓差而不存在絕對電位。如果所有電流源的自電位都是浮動的，則原則上彼此